Arbetsprincip och tillämpningar av atomkraftmikroskop
Atomic force microscope är ett scanning-sondmikroskop utvecklat baserat på de grundläggande principerna för scanning tunnelmikroskop. Framväxten av atomkraftsmikroskopi spelade utan tvekan en drivande roll i utvecklingen av nanoteknik. Skanningssondmikroskopi, representerad av atomkraftsmikroskopi, är en serie mikroskop som använder en liten sond för att skanna ytan på ett prov, vilket ger observation med hög förstoring. Atomkraftsmikroskopi kan ge information om yttillstånd för olika typer av prover. Jämfört med konventionella mikroskop är fördelen med atomkraftsmikroskopi att den kan observera ytan på prover med hög förstoring under atmosfäriska förhållanden och kan användas för nästan alla prover (med vissa krav på ytjämnhet), utan behov av andra provberedningsbehandlingar, för att få tre-dimensionella morfologibilder av provytan. Och den kan utföra grovhetsberäkning, tjocklek, stegbredd, blockdiagram eller partikelstorleksanalys på den tre-dimensionella morfologibilden som erhålls från skanning.
Atomkraftsmikroskopi kan detektera många prover, tillhandahålla data för ytforskning och produktionskontroll eller processutveckling, vilket inte kan tillhandahållas av konventionella mätare för avsökning av ytråhet och elektronmikroskop.
1, Grundläggande principer
Atomkraftsmikroskopi använder interaktionskraften (atomkraften) mellan ytan på ett prov och spetsen på en fin sond för att mäta ytmorfologin.
Sondspetsen är på en liten flexibel konsol, och den interaktion som genereras när sonden kommer i kontakt med provytan detekteras i form av konsolavböjning. Avståndet mellan provytan och sonden är mindre än 3-4nm, och kraften som detekteras mellan dem är mindre än 10-8N. Ljuset från laserdioden fokuseras på baksidan av konsolen. När konsolen böjer sig under kraftpåverkan avleds det reflekterade ljuset och en lägeskänslig fotodetektor används för att avleda vinkeln. Sedan bearbetas den insamlade datan av en dator för att erhålla en tredimensionell bild av provytan.
En komplett fribärande sond placeras på ytan av provet kontrollerad av en piezoelektrisk skanner och skannas i tre riktningar med en stegbredd på 0,1 nm eller mindre i horisontell noggrannhet. I allmänhet, när man skannar provytan i detalj (XY-axeln), förblir Z--axeln, som styrs av förskjutningsåterkopplingen från fribäraren, fixerad och oförändrad. Z--axelvärdena som ger feedback om skanningssvaret matas in i datorn för bearbetning, vilket resulterar i en observationsbild (3D-bild) av provytan.
