Princip rada i primjena mikroskopije atomske sile
Mikroskopija atomske sile je skenirajući mikroskop sa sondom razvijen na temelju osnovnog principa skenirajuće tunelske mikroskopije. Pojava mikroskopije atomske sile nedvojbeno je odigrala pokretačku ulogu u razvoju nanotehnologije. Mikroskopija sa skenirajućom sondom, koju predstavlja mikroskopija atomske sile, niz je mikroskopa koji koriste malu sondu za skeniranje površine uzorka, pružajući promatranje s velikim povećanjem. Skeniranje mikroskopijom atomske sile može pružiti informacije o stanju površine različitih vrsta uzoraka. U usporedbi s konvencionalnim mikroskopima, prednost mikroskopije atomske sile je u tome što može promatrati površinu uzorka pod velikim povećanjem u atmosferskim uvjetima i može se koristiti za gotovo sve uzorke (uz određene zahtjeve za glatkoću površine), bez potrebe za drugim postupci pripreme uzorka, kako bi se dobila trodimenzionalna morfološka slika površine uzorka. I može izvršiti izračun hrapavosti, debljine, širine koraka, blok dijagrama ili analizu veličine čestica na 3D morfološkim slikama dobivenim skeniranjem.
Mikroskopija atomske sile može detektirati mnoge uzorke i dati podatke za istraživanje površine, kontrolu proizvodnje ili razvoj procesa, što konvencionalni mjerači hrapavosti površine i elektronski mikroskopi ne mogu pružiti.
Osnovna načela
Mikroskopija atomske sile koristi silu interakcije (atomsku silu) između površine uzorka i vrha fine sonde za mjerenje morfologije površine.
Vrh sonde nalazi se na maloj konzoli, a interakcija nastala kada sonda dodirne površinu uzorka detektira se u obliku otklona konzole. Udaljenost između površine uzorka i sonde manja je od 3-4 nm, a detektirana sila između njih manja je od 10-8 N. Svjetlo laserske diode fokusirano je na stražnju stranu konzole. Kada se konzola savije pod djelovanjem sile, reflektirana svjetlost se skreće, a fotodetektor osjetljiv na položaj koristi se za detekciju kuta otklona. Zatim se prikupljeni podaci računalno obrađuju kako bi se dobila trodimenzionalna slika površine uzorka.
Kompletna konzolna sonda postavlja se na površinu uzorka kontroliranog piezoelektričnim skenerom i skenira se u tri smjera sa širinom koraka od 0.1 nm ili manje u točnosti. Općenito, pri detaljnom skeniranju površine uzorka (XY os), Z-os kontrolirana povratnom spregom pomaka konzole ostaje fiksna i nepromijenjena. Vrijednosti Z-osi, koje su povratne informacije o odgovoru skeniranja, unose se u računalo za obradu, što rezultira promatranom slikom (3D slikom) površine uzorka.
Karakteristike mikroskopije atomske sile
1. Mogućnost visoke razlučivosti daleko nadmašuje one skenirajuće elektronske mikroskopije (SEM) i optičkih mjerača hrapavosti. Trodimenzionalni podaci na površini uzorka ispunjavaju sve mikroskopskije zahtjeve istraživanja, proizvodnje i provjere kvalitete.
2. Bez razaranja, sila interakcije između sonde i površine uzorka je ispod 10-8N, što je puno niže od pritiska tradicionalnih mjerača hrapavosti igle. Stoga neće oštetiti uzorak i nema problema s oštećenjem elektronske zrake u skenirajućoj elektronskoj mikroskopiji. Osim toga, skenirajuća elektronska mikroskopija zahtijeva tretman premaza na nevodljivim uzorcima, dok mikroskopija atomske sile to ne zahtijeva.
3. Ima širok raspon primjena i može se koristiti za promatranje površine, mjerenje veličine, mjerenje hrapavosti površine, analizu veličine čestica, statističku obradu izbočina i udubljenja, procjenu stanja formiranja filma, mjerenje koraka veličine zaštitnih slojeva, procjenu ravnosti međuslojne izolacijske folije, procjena VCD premaza, procjena procesa obrade trenjem usmjerenih folija, analiza nedostataka itd.
4. Softver ima snažne mogućnosti obrade, a njegov prikaz 3D slike može slobodno postaviti veličinu, perspektivu, boju prikaza i sjaj. Mogu se odabrati mreža, konturne linije i prikazi linija. Makro upravljanje u obradi slike, analiza oblika presjeka i hrapavosti, analiza morfologije i druge funkcije.
