Werkingsprincipe en toepassingen van Atomic Force-microscopen
Atomaire krachtmicroscoop is een scanning-sondemicroscoop die is ontwikkeld op basis van de basisprincipes van de scanning-tunnelingmicroscoop. 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 monsters met een hoge vergroting onder atmosferische omstandigheden kan waarnemen, en voor bijna alle monsters kan worden gebruikt (met bepaalde eisen aan de gladheid van het oppervlak), zonder dat er andere monstervoorbereidingsbehandelingen nodig zijn, om drie-dimensionale morfologiebeelden van het monsteroppervlak te verkrijgen. En het kan ruwheidsberekeningen, diktes, stapbreedtes, blokdiagrammen of deeltjesgrootteanalyses uitvoeren op het drie-dimensionale morfologiebeeld dat door het scannen is verkregen.
Atoomkrachtmicroscopie kan veel monsters detecteren en gegevens verschaffen voor oppervlakteonderzoek en productiecontrole of procesontwikkeling, wat niet kan worden geleverd door conventionele scannende oppervlakteruwheidsmeters en elektronenmicroscopen.
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.
