Aatomjõumikroskoopia tööpõhimõte ja rakendus
Aatomjõumikroskoopia on skaneeriva sondiga mikroskoop, mis on välja töötatud skaneeriva tunnelmikroskoopia põhiprintsiibi alusel. Aatomjõumikroskoopia tekkimine mängis nanotehnoloogia arengus kahtlemata juhtivat rolli. Skaneeriva sondi mikroskoopia, mida esindab aatomjõumikroskoopia, on seeria mikroskoope, mis kasutavad proovi pinna skaneerimiseks väikest sondi, pakkudes suure suurendusega vaatlust. Aatomjõu mikroskoopia skaneerimine võib anda teavet erinevat tüüpi proovide pinna oleku kohta. Võrreldes tavaliste mikroskoopidega on aatomjõumikroskoopia eeliseks see, et see suudab vaadelda proovi pinda suure suurendusega atmosfääritingimustes ja seda saab kasutada peaaegu kõigi proovide jaoks (teatud pinna sileduse nõuetega), ilma et oleks vaja muid proovi ettevalmistamise protsessid, et saada proovi pinnast kolmemõõtmeline morfoloogiline kujutis. Ja saab teostada kareduse, paksuse, sammu laiuse, plokkdiagrammi või osakeste suuruse analüüsi skaneerimisel saadud 3D-morfoloogia kujutistel.
Aatomjõumikroskoopia abil saab tuvastada palju proove ja anda andmeid pinnauuringuteks, tootmiskontrolliks või protsesside arendamiseks, mida tavapärased skaneerivad pinnakareduse mõõturid ja elektronmikroskoobid pakkuda ei suuda.
Põhiprintsiibid
Aatomjõumikroskoopia kasutab pinna morfoloogia mõõtmiseks proovi pinna ja peene sondi otsa vahelist interaktsioonijõudu (aatomjõudu).
Sondi ots on väikesel konsoolil ja sondi kokkupuutel proovi pinnaga tekkiv interaktsioon tuvastatakse konsooli läbipainde kujul. Proovipinna ja sondi vaheline kaugus on väiksem kui 3-4 nm ja nende vahel tuvastatav jõud on väiksem kui 10-8 N. Laserdioodi valgus fokusseeritakse konsooli tagaküljele. Kui konsool on jõu mõjul painutatud, siis peegeldunud valgus kaldub kõrvale ja läbipaindenurga tuvastamiseks kasutatakse asenditundlikku fotodetektorit. Seejärel töödeldakse kogutud andmeid arvutiga, et saada proovipinnast kolmemõõtmeline kujutis.
Täielik konsoolsond asetatakse proovi pinnale, mida juhib piesoelektriline skanner ja skaneeritakse kolmes suunas sammulaiusega 0,1 nm või vähem täpsusega. Üldiselt hoitakse proovi pinna üksikasjalikul skaneerimisel (XY-telg) konsooli nihke tagasisidega juhitav Z-telg fikseerituna ja muutumatuna. Z-telje väärtused, mis on tagasiside skaneerimise vastusele, sisestatakse töötlemiseks arvutisse, mille tulemuseks on vaadeldav kujutis (3D-kujutis) proovipinnast.
Aatomjõumikroskoopia omadused
1. Kõrglahutusvõime ületab tunduvalt skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM) ja optilise kareduse mõõturi oma. Proovi pinnal olevad kolmemõõtmelised andmed vastavad üha mikroskoopilisemaks muutuvatele uurimis-, tootmis- ja kvaliteedikontrolli nõuetele.
2. Mittepurustav, sondi ja proovipinna vaheline interaktsioonijõud on alla 10-8N, mis on palju madalam kui traditsiooniliste pliiatsi kareduse mõõtjate rõhk. Seetõttu ei kahjusta see proovi ja skaneeriva elektronmikroskoopia puhul pole elektronkiirte kahjustuste probleemi. Lisaks nõuab skaneeriv elektronmikroskoopia mittejuhtivate proovide katmist, samas kui aatomjõumikroskoopia ei nõua seda.
3. Sellel on lai valik rakendusi ja seda saab kasutada pinna vaatlemiseks, suuruse mõõtmiseks, pinna kareduse mõõtmiseks, osakeste suuruse analüüsiks, eendite ja süvendite statistiliseks töötlemiseks, kile moodustamise seisundi hindamiseks, kaitsekihtide suuruse mõõtmiseks, pinna tasasuse hindamiseks. kihtidevahelised isolatsioonikiled, VCD katte hindamine, orienteeritud kilede hõõrdetöötlusprotsessi hindamine, defektide analüüs jne.
4. Tarkvaral on tugevad töötlemisvõimalused ja selle 3D-kujutise ekraan saab vabalt määrata selle suurust, perspektiivi, ekraani värvi ja läiget. Valida saab ka võrku, kontuurjooni ja joonte kuvasid. Makrohaldus pilditöötluses, ristlõike kuju ja kareduse analüüs, morfoloogia analüüs ja muud funktsioonid.
