Il principio di funzionamento e le applicazioni dei microscopi a forza atomica
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.
Caratteristiche della microscopia a forza atomica
1. La capacità di alta-risoluzione supera di gran lunga quella dei microscopi elettronici a scansione (SEM) e dei rugosimetri ottici. I dati tri- sulla superficie del campione soddisfano i requisiti sempre più microscopici di ricerca, produzione e controllo di qualità.
2. Non distruttivo, la forza di interazione tra la sonda e la superficie del campione è inferiore a 10-8N, che è molto inferiore alla pressione dei tradizionali rugosimetri a stilo. Pertanto, non danneggerà il campione e non vi sarà alcun problema di danni al fascio di elettroni della microscopia elettronica a scansione. Inoltre, la microscopia elettronica a scansione richiede un trattamento di rivestimento su campioni non conduttivi, mentre la microscopia a forza atomica no.
3. Ha una vasta gamma di applicazioni e può essere utilizzato per l'osservazione della superficie, la misurazione delle dimensioni, la misurazione della rugosità superficiale, l'analisi della dimensione delle particelle, l'elaborazione statistica di sporgenze e cavità, la valutazione delle condizioni di formazione del film, la misurazione del passo dimensionale degli strati protettivi, la valutazione della planarità dei film isolanti interstrato, la valutazione del rivestimento VCD, la valutazione del processo di trattamento dell'attrito dei film orientati, l'analisi dei difetti, ecc.
4. Il software ha potenti capacità di elaborazione e le dimensioni di visualizzazione dell'immagine 3D, l'angolo di visione, il colore del display e la brillantezza possono essere impostati liberamente. È inoltre possibile selezionare la visualizzazione di reti, linee di contorno e linee. Gestione macro dell'elaborazione delle immagini, analisi della-sezione trasversale e della rugosità, analisi della morfologia e altre funzioni.
