Atomspēka mikroskopijas darbības princips un pielietojumi
Atomu spēka mikroskops ir skenēšanas zondes mikroskops, kas izstrādāts, pamatojoties uz skenējošā tuneļmikroskopa pamatprincipiem. Atomu spēka mikroskopijas parādīšanās neapšaubāmi bija vadošā loma nanotehnoloģiju attīstībā. Skenējošās zondes mikroskopija, ko attēlo atomu spēka mikroskopija, ir mikroskopu sērija, kas izmanto nelielu zondi, lai skenētu parauga virsmu, nodrošinot novērojumus ar lielu palielinājumu. Atomu spēka mikroskopiskā skenēšana var sniegt informāciju par virsmas stāvokli par dažāda veida paraugiem. Salīdzinot ar parastajiem mikroskopiem, atomu spēka mikroskopijas priekšrocība ir tā, ka tā var novērot paraugu virsmu lielā palielinājumā atmosfēras apstākļos, un to var izmantot gandrīz visiem paraugiem (ar noteiktām virsmas gluduma prasībām), bez nepieciešamības veikt citas paraugu sagatavošanas procedūras, lai iegūtu parauga virsmas trīsdimensiju morfoloģijas attēlus. Un tas var veikt raupjuma aprēķinu, biezumu, pakāpiena platumu, blokshēmu vai daļiņu izmēru analīzi trīsdimensiju morfoloģijas attēlā, kas iegūts skenēšanas laikā.
Atomu spēka mikroskopija var noteikt daudzus paraugus, sniegt datus virsmas izpētei un ražošanas kontrolei vai procesa attīstībai, kas
nevar nodrošināt ar parastiem skenēšanas virsmas raupjuma mērītājiem un elektronu mikroskopiem.
1, Pamatprincipi
Atomu spēka mikroskopija izmanto mijiedarbības spēku (atomu spēku) starp parauga virsmu un smalkas zondes galu, lai izmērītu virsmas morfoloģiju.
Zondes gals atrodas uz neliela elastīga konsole, un mijiedarbība, kas rodas, kad zonde saskaras ar parauga virsmu, tiek noteikta konsoles novirzes veidā. Attālums starp parauga virsmu un zondi ir mazāks par 3–4 nm, un starp tām noteiktais spēks ir mazāks par 10–8 N. Lāzerdiodes gaisma tiek fokusēta uz konsoles aizmuguri. Kad konsole saliecas spēka iedarbībā, atstarotā gaisma tiek novirzīta, un leņķa novirzīšanai tiek izmantots pozīcijai jutīgs fotodetektors. Pēc tam savāktos datus apstrādā dators, lai iegūtu parauga virsmas trīsdimensiju attēlu.
Uz parauga virsmas novieto pilnīgu konsoles zondi, ko kontrolē pjezoelektriskais skeneris, un skenē trīs virzienos ar soļa platumu 0,1 nm vai mazāku ar horizontālo precizitāti. Parasti, detalizēti skenējot parauga virsmu (XY ass), Z ass, ko kontrolē konsoles pārvietojuma atgriezeniskā saite, paliek fiksēta un nemainīga. Z-ass vērtības, kas nodrošina atgriezenisko saiti par skenēšanas reakciju, tiek ievadītas datorā apstrādei, kā rezultātā tiek iegūts parauga virsmas novērošanas attēls (3D attēls).
Atomu spēku mikroskopijas raksturojums
1. Augstas izšķirtspējas spēja ievērojami pārsniedz skenējošo elektronu mikroskopu (SEM) un optisko raupjuma mērītāju iespējas. Trīsdimensiju dati uz parauga virsmas atbilst arvien mikroskopiskākām pētniecības, ražošanas un kvalitātes pārbaudes prasībām.
2. Nesagraujošs, mijiedarbības spēks starp zondi un parauga virsmu ir zem 10-8N, kas ir daudz zemāks par tradicionālo irbuli raupjuma mērītāju spiedienu. Tāpēc tas nesabojās paraugu, un skenēšanas elektronu mikroskopijā nav elektronu staru bojājumu problēmas. Turklāt skenējošajai elektronu mikroskopijai ir nepieciešama nevadošu paraugu pārklājuma apstrāde, savukārt atomu spēka mikroskopijai tas nav jādara.
3. Tam ir plašs pielietojumu klāsts, un to var izmantot virsmas novērošanai, izmēru mērīšanai, virsmas raupjuma mērīšanai, daļiņu izmēra analīzei, izvirzījumu un bedru statistiskai apstrādei, plēves veidošanās apstākļu novērtēšanai, aizsargslāņu izmēra pakāpiena mērīšanai, starpslāņu izolācijas plēvju plakanuma novērtēšanai, VCD pārklājuma novērtēšanai, orientētu plēvju berzes apstrādes procesa novērtēšanai, defektu analīzei utt.
4. Programmatūrai ir spēcīgas apstrādes iespējas, un tās 3D attēla displeja izmēru, skata leņķi, displeja krāsu un spīdumu var brīvi iestatīt. Un var izvēlēties tīklu, kontūrlīnijas un līniju displejus. Attēlu apstrādes makro vadība, šķērsgriezuma formas un raupjuma analīze, morfoloģijas analīze un citas funkcijas.
