Princip delovanja in uporaba mikroskopije na atomsko silo
Mikroskop na atomsko silo je vrstični sondni mikroskop, razvit na podlagi osnovnega principa vrstične tunelske mikroskopije. Pojav mikroskopije na atomsko silo je nedvomno igral gonilno vlogo pri razvoju nanotehnologije. Mikroskop z vrstično sondo, ki ga predstavlja mikroskopija na atomsko silo, je serija mikroskopov, ki uporabljajo majhno sondo za skeniranje površine vzorca, kar zagotavlja opazovanje z veliko povečavo. Mikroskopsko skeniranje z atomsko silo lahko zagotovi informacije o stanju površine različnih vrst vzorcev. V primerjavi z običajnimi mikroskopi je prednost mikroskopije na atomsko silo v tem, da lahko opazuje površino vzorca pri veliki povečavi v atmosferskih pogojih in se lahko uporablja za skoraj vse vzorce (z določenimi zahtevami glede gladkosti površine), ne da bi potrebovali druge postopke priprave vzorca, da dobimo tridimenzionalno morfološko sliko površine vzorca. In lahko izvede izračun hrapavosti, debeline, širine koraka, blokovni diagram ali analizo velikosti delcev na 3D morfoloških slikah, pridobljenih s skeniranjem.
Mikroskopija na atomsko silo lahko zazna veliko vzorcev in zagotovi podatke za površinske raziskave, nadzor proizvodnje ali razvoj procesa, česar običajni merilniki površinske hrapavosti in elektronski mikroskopi ne morejo zagotoviti.
Osnovna načela
Mikroskopija z atomsko silo uporablja silo interakcije (atomsko silo) med površino vzorca in konico fine sonde za merjenje morfologije površine.
Konica sonde je na majhni konzoli in interakcija, ki nastane, ko se sonda dotakne površine vzorca, se zazna v obliki odklona konzole. Razdalja med površino vzorca in sondo je manjša od 3-4 nm, sila, zaznana med njima, pa je manjša od 10-8 N. Svetloba laserske diode je usmerjena na zadnjo stran konzole. Ko je konzola upognjena pod delovanjem sile, se odbita svetloba odkloni, za zaznavanje kota odklona pa se uporabi fotodetektor, občutljiv na položaj. Nato zbrane podatke računalniško obdela, da dobimo tridimenzionalno sliko površine vzorca.
Popolna konzolna sonda je nameščena na površino vzorca, ki ga nadzira piezoelektrični skener in skenira v treh smereh s širino koraka 0,1 nm ali manj natančno. Na splošno je pri podrobnem skeniranju površine vzorca (os XY) os Z, ki jo nadzira povratna informacija o premikanju konzole, ostala fiksna in nespremenjena. Vrednosti osi Z, ki so povratne informacije o odzivu skeniranja, se vnesejo v računalnik za obdelavo, rezultat pa je opazovana slika (3D slika) površine vzorca.
Značilnosti mikroskopije na atomsko silo
1. Zmogljivost visoke ločljivosti daleč presega zmogljivost vrstične elektronske mikroskopije (SEM) in optičnih merilnikov hrapavosti. Tridimenzionalni podatki na površini vzorca izpolnjujejo vedno bolj mikroskopske zahteve raziskav, proizvodnje in nadzora kakovosti.
2. Nedestruktivno, interakcijska sila med sondo in površino vzorca je pod 10-8N, kar je veliko nižje od pritiska tradicionalnih merilnikov hrapavosti tipala. Zato ne bo poškodoval vzorca in pri vrstični elektronski mikroskopiji ni težav s poškodbo elektronskega žarka. Poleg tega vrstična elektronska mikroskopija zahteva obdelavo prevleke na neprevodnih vzorcih, medtem ko mikroskopija na atomsko silo tega ne zahteva.
3. Ima široko paleto aplikacij in se lahko uporablja za opazovanje površine, merjenje velikosti, merjenje površinske hrapavosti, analizo velikosti delcev, statistično obdelavo izboklin in jam, vrednotenje stanja nastajanja filma, merjenje korakov velikosti zaščitnih plasti, vrednotenje ravnosti vmesne izolacijske folije, vrednotenje prevlek VCD, vrednotenje procesa obdelave s trenjem usmerjenih filmov, analiza napak itd.
4. Programska oprema ima močne zmožnosti obdelave in njen 3D slikovni prikaz lahko poljubno nastavi svojo velikost, perspektivo, barvo in sijaj zaslona. Izberete lahko tudi mrežo, konturne črte in prikaze linij. Makro upravljanje pri obdelavi slik, analiza oblike prereza in hrapavosti, analiza morfologije in druge funkcije.
