Aatomjõudude mikroskoopia tööpõhimõte ja rakendused
Aatomjõumikroskoop on skaneeriva sondiga mikroskoop, mis on välja töötatud skaneeriva tunnelmikroskoobi põhiprintsiipide 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. Aatomjõumikroskoopia skaneerimine võib anda teavet erinevat tüüpi proovide pinna oleku kohta. Võrreldes tavaliste mikroskoopidega on aatomjõumikroskoopia eeliseks see, et see suudab vaadelda proovide pinda suure suurendusega atmosfääritingimustes ja seda saab kasutada peaaegu kõigi proovide jaoks (teatud pinna sileduse nõuetega), ilma et oleks vaja muid proovi ettevalmistamise protseduure, et saada proovi pinnast kolmemõõtmelisi morfoloogilisi kujutisi. Skaneerimisel saadud kolmemõõtmelisel morfoloogilisel kujutisel saab teha kareduse, paksuse, sammu laiuse, plokkdiagrammi või osakeste suuruse analüüsi.
Aatomjõumikroskoopia abil saab tuvastada palju proove, anda andmeid pinnauuringuteks ja tootmiskontrolliks või protsesside arendamiseks, mis
ei saa tagada tavaliste skaneerivate pinnakareduse mõõtjate ja elektronmikroskoobidega.
1, Põhiprintsiibid
Aatomjõumikroskoopia kasutab pinna morfoloogia mõõtmiseks proovi pinna ja peene sondi otsa vahelist interaktsioonijõudu (aatomjõudu).
Sondi ots on väikese painduva konsooli peal ja sondi kokkupuutel proovipinnaga 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 keskendub konsooli tagaküljele. Kui konsool jõu mõjul paindub, suunatakse peegeldunud valgus kõrvale ja nurga kõrvalekaldumiseks kasutatakse asenditundlikku fotodetektorit. Seejärel töödeldakse kogutud andmeid arvutiga, et saada proovipinnast kolmemõõtmeline kujutis.
Täielik konsoolsond asetatakse piesoelektrilise skanneriga juhitava proovi pinnale ja skaneeritakse kolmes suunas sammu laiusega 0,1 nm või vähem horisontaalse täpsusega. Üldiselt jääb proovi pinna üksikasjalikul skaneerimisel (XY-telg) konsooli nihke tagasisidega juhitav Z-telg fikseerituks ja muutumatuks. Skaneerimisreaktsiooni kohta tagasisidet andvad Z-telje väärtused sisestatakse töötlemiseks arvutisse, mille tulemusena saadakse proovipinna vaatluspilt (3D-kujutis).
Aatomjõudude mikroskoopia omadused
1. Kõrglahutusvõime ületab palju skaneerivate elektronmikroskoopide (SEM) ja optiliste kareduse mõõtjate oma. Proovi pinnal olevad kolmemõõtmelised andmed vastavad üha mikroskoopilisemaks muutuvatele uurimis-, tootmis- ja kvaliteedikontrolli nõuetele.
2. Non destructive, the interaction force between the probe and the sample surface is below 10-8N, which is much lower than the pressure of traditional stylus roughness meters. Seetõttu ei kahjusta see proovi ja skaneeriva elektronmikroskoopia puhul pole elektronkiire kahjustamise probleemi. Lisaks nõuab skaneeriv elektronmikroskoopia mittejuhtivate proovide katmist, aatomjõumikroskoopia aga mitte.
3. Sellel on lai valik rakendusi ja seda saab kasutada pinnavaatluseks, suuruse mõõtmiseks, pinna kareduse mõõtmiseks, osakeste suuruse analüüsiks, eendite ja süvendite statistiliseks töötlemiseks, kile moodustumise tingimuste hindamiseks, kaitsekihtide suuruse mõõtmiseks, vahekihtide isolatsioonikilede tasasuse hindamiseks, VCD-katte hindamiseks, orienteeritud kilede hõõrdetöötlusprotsessi hindamiseks, defektide analüüsiks jne.
4. Tarkvaral on tugevad töötlemisvõimalused ning selle 3D-kujutise kuva suurust, vaatenurka, ekraani värvi ja läiget saab vabalt seadistada. Valida saab ka võrku, kontuurjooni ja joonte kuvasid. Pilditöötluse makrohaldus, ristlõike kuju ja kareduse analüüs, morfoloogia analüüs ja muud funktsioonid.
