Het werkingsprincipe en de toepassing van atoomkrachtmicroscopie
Atoomkrachtmicroscopie is een scanning-sondemicroscoop die is ontwikkeld op basis van het basisprincipe van scanning-tunnelingmicroscopie. De opkomst van atoomkrachtmicroscopie heeft ongetwijfeld een drijvende rol gespeeld in de ontwikkeling van nanotechnologie. Scanning-sondemicroscopie, weergegeven door atoomkrachtmicroscopie, is een serie microscopen die een kleine sonde gebruiken om het oppervlak van een monster te scannen, waardoor observatie met een hoge vergroting mogelijk is. Scannen met atoomkrachtmicroscopie kan informatie over de oppervlaktetoestand van verschillende soorten monsters verschaffen. Vergeleken met conventionele microscopen is het voordeel van atoomkrachtmicroscopie dat deze het oppervlak van het monster onder atmosferische omstandigheden met een hoge vergroting kan waarnemen en voor bijna alle monsters kan worden gebruikt (met bepaalde eisen aan de gladheid van het oppervlak), zonder dat er andere hulpmiddelen nodig zijn. monstervoorbereidingsprocessen, om een driedimensionaal morfologiebeeld van het monsteroppervlak te verkrijgen. En kan ruwheidsberekeningen, dikte, stapbreedte, blokdiagram of deeltjesgrootte-analyse uitvoeren op de 3D-morfologiebeelden verkregen door scannen.
Atoomkrachtmicroscopie kan veel monsters detecteren en gegevens verschaffen voor oppervlakteonderzoek, productiecontrole of procesontwikkeling, die conventionele scannende oppervlakteruwheidsmeters en elektronenmicroscopen niet kunnen bieden.
Basisprincipes
Atoomkrachtmicroscopie maakt gebruik van de interactiekracht (atoomkracht) tussen het oppervlak van een monster en de punt van een fijne sonde om de oppervlaktemorfologie te meten.
De punt van de sonde bevindt zich op een kleine cantilever en de interactie die wordt gegenereerd wanneer de sonde in contact komt met het oppervlak van het monster, wordt gedetecteerd in de vorm van cantilever-afbuiging. De afstand tussen het monsteroppervlak en de sonde is minder dan 3-4 nm, en de daartussen gedetecteerde kracht is minder dan 10-8 N. Het licht van de laserdiode wordt gefocusseerd op de achterkant van de cantilever. Wanneer de cantilever wordt gebogen onder invloed van kracht, buigt het gereflecteerde licht af en wordt een positiegevoelige fotodetector gebruikt om de afbuighoek te detecteren. Vervolgens worden de verzamelde gegevens door een computer verwerkt om een driedimensionaal beeld van het monsteroppervlak te verkrijgen.
Een complete vrijdragende sonde wordt op het oppervlak van het monster geplaatst, bestuurd door een piëzo-elektrische scanner en in drie richtingen gescand met een stapbreedte van 0,1 nm of minder in nauwkeurigheid. Over het algemeen wordt bij het gedetailleerd scannen van het monsteroppervlak (XY-as) de Z-as, bestuurd door de verplaatsingsfeedback van de cantilever, vast en onveranderd gehouden. De Z-aswaarden, die feedback geven op de scanrespons, worden ter verwerking in de computer ingevoerd, wat resulteert in een waargenomen beeld (3D-beeld) van het monsteroppervlak.
De kenmerken van atoomkrachtmicroscopie
1. Het hoge resolutievermogen is veel groter dan dat van scanning-elektronenmicroscopie (SEM) en optische ruwheidsmeters. De driedimensionale gegevens op het oppervlak van het monster voldoen aan de steeds microscopischere eisen van onderzoek, productie en kwaliteitsinspectie.
2. Niet-destructief: de interactiekracht tussen de sonde en het monsteroppervlak ligt lager dan 10-8N, wat veel lager is dan de druk van traditionele stylusruwheidsmeters. Daarom zal het monster niet worden beschadigd en is er geen probleem met schade aan de elektronenbundel bij scanning-elektronenmicroscopie. Bovendien vereist scanning-elektronenmicroscopie een coatingbehandeling op niet-geleidende monsters, terwijl atoomkrachtmicroscopie dit niet vereist.
3. Het heeft een breed scala aan toepassingen en kan worden gebruikt voor oppervlakteobservatie, groottemeting, oppervlakteruwheidsmeting, deeltjesgrootteanalyse, statistische verwerking van uitsteeksels en putjes, evaluatie van filmvormingscondities, maatstapmeting van beschermende lagen, vlakheidsevaluatie van tussenlaagisolatiefilms, evaluatie van VCD-coating, evaluatie van wrijvingsbehandelingsproces van georiënteerde films, defectanalyse, enz.
4. De software heeft sterke verwerkingsmogelijkheden en de 3D-beeldweergave kan de grootte, het perspectief, de weergavekleur en de glans vrij instellen. En netwerk-, contourlijnen en lijnweergaven kunnen worden geselecteerd. Macrobeheer bij beeldverwerking, analyse van vorm en ruwheid van de dwarsdoorsnede, morfologieanalyse en andere functies.
