Microscopio a forza atomica e sua applicazione
Il microscopio a forza atomica è un microscopio a sonda a scansione sviluppato dal principio di base del microscopio a scansione a effetto tunnel. L'emergere del microscopio a forza atomica ha indubbiamente svolto un ruolo nel promuovere lo sviluppo della nanotecnologia. Il microscopio a sonda a scansione rappresentato dal microscopio a forza atomica è un termine generale per una serie di microscopi che utilizzano una piccola sonda per eseguire la scansione sulla superficie del campione per fornire un'osservazione ad alto ingrandimento. La scansione AFM può fornire informazioni sullo stato della superficie di vari tipi di campioni. Rispetto ai microscopi convenzionali, il vantaggio della microscopia a forza atomica è che può osservare la superficie del campione ad alto ingrandimento in condizioni atmosferiche e può essere utilizzato per quasi tutti i campioni (con determinati requisiti per la finitura superficiale), senza altri processi di preparazione del campione, il superficie del campione può essere ottenuta un'immagine 3D del file . Può anche eseguire calcoli di rugosità, spessore, larghezza del gradino, diagramma a blocchi o analisi delle dimensioni delle particelle sull'immagine topografica 3D scansionata.
L'AFM può rilevare molti campioni e fornire dati per la ricerca sulla superficie e il controllo della produzione o lo sviluppo del processo, che non possono essere forniti dai misuratori di rugosità superficiale a scansione convenzionali e dai microscopi elettronici.
1. Principi di base
Il microscopio a forza atomica utilizza la forza di interazione (forza atomica) tra la superficie del campione di rilevamento e la minuscola punta della sonda per misurare la topografia della superficie.
La punta della sonda si trova su un piccolo cantilever flessibile e quando la sonda tocca la superficie del campione, l'interazione risultante viene rilevata sotto forma di deflessione del cantilever. La distanza tra la superficie del campione e la sonda è inferiore a 3-4nm e la forza rilevata tra di esse è inferiore a 10-8N. La luce di un diodo laser è focalizzata sul retro del cantilever. Quando il cantilever si piega sotto la forza, la luce riflessa viene deviata utilizzando un angolo di deflessione del fotorilevatore sensibile alla posizione. Quindi i dati raccolti vengono elaborati dal computer per ottenere un'immagine tridimensionale della superficie del campione.
La sonda a sbalzo completa viene posizionata sulla superficie del campione controllata dallo scanner piezoelettrico e scansionata in tre direzioni con una larghezza del passo di 0.1 nm o inferiore. In genere, l'asse Z controllato dal feedback di spostamento del cantilever rimane costante mentre viene eseguita la scansione dettagliata (asse XY) sulla superficie del campione. Il valore dell'asse Z che è il feedback della risposta di scansione viene immesso nel computer per l'elaborazione e si ottiene l'immagine di osservazione (immagine 3D) della superficie del campione.
In secondo luogo, le caratteristiche del microscopio a forza atomica
1. Le capacità di alta risoluzione superano di gran lunga quelle dei microscopi elettronici a scansione (SEM) e dei rugosimetri ottici. I dati tridimensionali della superficie del campione soddisfano i requisiti sempre più microscopici di ricerca, produzione e controllo qualità.
2. Non distruttivo, la forza di interazione tra la sonda e la superficie del campione è inferiore a 10-8 N, che è molto inferiore alla pressione del precedente rugosimetro dello stilo, quindi non danneggerà il campione e lì non è un problema di danneggiamento del fascio di elettroni nel microscopio elettronico a scansione. Inoltre, la microscopia elettronica a scansione richiede il rivestimento di campioni non conduttivi, mentre la microscopia a forza atomica no.
3. Può essere utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni, come l'osservazione della superficie, la misurazione delle dimensioni, la misurazione della rugosità superficiale, l'analisi delle dimensioni delle particelle, l'elaborazione statistica di sporgenze e fosse, la valutazione delle condizioni di formazione del film, la misurazione dei gradini delle dimensioni dello strato protettivo, la planarità valutazione dei film isolanti interstrato, valutazione del rivestimento VCD, valutazione del processo di trattamento dell'attrito del film orientato, analisi dei difetti, ecc.
4. Il software ha potenti funzioni di elaborazione e le dimensioni di visualizzazione dell'immagine tridimensionale, l'angolo di visualizzazione, il colore del display e la lucentezza possono essere impostati liberamente. E può scegliere la rete, la linea di contorno, la visualizzazione della linea. Gestione macro dell'elaborazione delle immagini, analisi della forma e della rugosità della sezione trasversale, analisi della topografia e altre funzioni.
