Principio di funzionamento e applicazioni dei microscopi a forza atomica
Il microscopio a forza atomica è un microscopio a sonda a scansione sviluppato sulla base dei principi di base del microscopio a effetto tunnel. L’emergere della microscopia a forza atomica ha indubbiamente giocato un ruolo trainante nello sviluppo della nanotecnologia. La microscopia a scansione di sonda, rappresentata dalla microscopia a forza atomica, è una serie di microscopi che utilizzano una piccola sonda per scansionare la superficie di un campione, fornendo un'osservazione ad alto ingrandimento. La scansione al microscopio a forza atomica può fornire informazioni sullo stato superficiale di vari tipi di campioni. Rispetto ai microscopi convenzionali, il vantaggio della microscopia a forza atomica è che può osservare la superficie dei campioni ad alto ingrandimento in condizioni atmosferiche e può essere utilizzata per quasi tutti i campioni (con determinati requisiti di levigatezza della superficie), senza la necessità di altri trattamenti di preparazione del campione, per ottenere immagini morfologiche tridimensionali della superficie del campione. Inoltre, può eseguire calcoli di rugosità, spessore, larghezza del gradino, diagramma a blocchi o analisi della dimensione delle particelle sull'immagine morfologica tridimensionale ottenuta dalla scansione.
La microscopia a forza atomica è in grado di rilevare molti campioni, fornire dati per la ricerca superficiale e il controllo della produzione o lo sviluppo del processo, che non possono essere forniti dai tradizionali misuratori di rugosità superficiale a scansione e dai microscopi elettronici.
1, Principi fondamentali
La microscopia a forza atomica utilizza la forza di interazione (forza atomica) tra la superficie di un campione e la punta di una sonda sottile per misurare la morfologia superficiale.
La punta della sonda si trova su un piccolo cantilever flessibile e l'interazione generata quando la sonda entra in contatto con la superficie del campione viene rilevata sotto forma di deflessione del cantilever. La distanza tra la superficie del campione e la sonda è inferiore a 3-4 nm e la forza rilevata tra loro è inferiore a 10-8 N. La luce del diodo laser è focalizzata sul retro del cantilever. Quando il cantilever si piega sotto l'azione della forza, la luce riflessa viene deviata e per deviare l'angolo viene utilizzato un fotorilevatore sensibile alla posizione. Successivamente, i dati raccolti vengono elaborati da un computer per ottenere un'immagine tridimensionale della superficie del campione.
Una sonda a sbalzo completa viene posizionata sulla superficie del campione controllata da uno scanner piezoelettrico e scansionata in tre direzioni con una larghezza di passo di 0,1 nm o inferiore con precisione orizzontale. Generalmente, durante la scansione dettagliata della superficie del campione (asse XY), l'asse Z- controllato dal feedback di spostamento del cantilever rimane fisso e invariato. I valori dell'asse Z- che forniscono feedback sulla risposta della scansione vengono immessi nel computer per l'elaborazione, risultando in un'immagine di osservazione (immagine 3D) della superficie del campione.
