Het werkingsprincipe en toepassingen van Atomic Force-microscopen
1, 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 flexibele cantilever en de interactie die wordt gegenereerd wanneer de sonde in contact komt met het monsteroppervlak 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 10-8N. Het licht van de laserdiode wordt gefocust op de achterkant van de cantilever. Wanneer de cantilever buigt onder invloed van kracht, wordt het gereflecteerde licht afgebogen en wordt een positiegevoelige fotodetector gebruikt om de hoek af te buigen. 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 horizontale nauwkeurigheid. Over het algemeen blijft bij het gedetailleerd scannen van het monsteroppervlak (XY-as) de Z--as, bestuurd door de verplaatsingsfeedback van de cantilever, vast en ongewijzigd. De Z--aswaarden die feedback geven over de scanrespons worden ter verwerking in de computer ingevoerd, wat resulteert in een observatiebeeld (3D-beeld) van het monsteroppervlak.
Kenmerken van atoomkrachtmicroscopie
1. Het hoge resolutievermogen- is veel groter dan dat van scanning-elektronenmicroscopen (SEM) en optische ruwheidsmeters. De drie-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 bedraagt minder 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 dat niet doet.
3. Het heeft een breed scala aan toepassingen en kan worden gebruikt voor oppervlakteobservatie, groottemeting, oppervlakteruwheidsmeting, deeltjesgrootteanalyse, statistische verwerking van uitsteeksels en putten, evaluatie van filmvormingsomstandigheden, maatstapmeting van beschermende lagen, vlakheidsevaluatie van tussenlaagisolatiefilms, VCD-coatingevaluatie, evaluatie van wrijvingsbehandelingsproces van georiënteerde films, defectanalyse, enz.
4. De software heeft sterke verwerkingsmogelijkheden en de weergavegrootte, kijkhoek, weergavekleur en glans van het 3D-beeld kunnen vrij worden ingesteld. En netwerk-, contourlijnen en lijnweergaven kunnen worden geselecteerd. Macrobeheer van beeldverwerking, analyse van dwars-vorm en ruwheid, morfologieanalyse en andere functies.
