Mikroskopy atómovej sily a ich aplikácie
Mikroskop atómovej sily je rastrovací sondový mikroskop vyvinutý na základe základných princípov rastrovacieho tunelového mikroskopu. Vznik mikroskopie atómových síl nepochybne zohral hybnú úlohu vo vývoji nanotechnológie. Mikroskopia so skenovacou sondou, reprezentovaná mikroskopom atómovej sily, je séria mikroskopov, ktoré využívajú malú sondu na skenovanie povrchu vzorky a poskytujú pozorovanie s vysokým zväčšením. Mikroskopické skenovanie atómovej sily môže poskytnúť informácie o stave povrchu rôznych typov vzoriek. V porovnaní s konvenčnými mikroskopmi je výhodou mikroskopie atómovej sily to, že dokáže pozorovať povrch vzoriek pri veľkom zväčšení za atmosférických podmienok a možno ju použiť pre takmer všetky vzorky (s určitými požiadavkami na hladkosť povrchu), bez potreby ďalších úprav prípravy vzorky, na získanie trojrozmerných morfologických obrazov povrchu vzorky. A dokáže vykonať výpočet drsnosti, hrúbky, šírky kroku, blokového diagramu alebo analýzy veľkosti častíc na trojrozmernom morfologickom obrázku získanom skenovaním.
Mikroskopia atómovej sily dokáže detegovať veľa vzoriek, poskytnúť údaje pre povrchový výskum a kontrolu výroby alebo vývoj procesov, ktoré bežné skenovacie drsnomery a elektrónové mikroskopy nedokážu poskytnúť.
1, Základné princípy
Mikroskopia atómovej sily využíva na meranie morfológie povrchu interakčnú silu (atómovú silu) medzi povrchom vzorky a špičkou jemnej sondy.
Špička sondy je na malom flexibilnom konzole a interakcia generovaná pri kontakte sondy s povrchom vzorky sa deteguje vo forme vychýlenia konzoly. Vzdialenosť medzi povrchom vzorky a sondou je menšia ako 3-4nm a sila medzi nimi je menšia ako 10-8N. Svetlo z laserovej diódy je zaostrené na zadnú stranu konzoly. Keď sa konzola ohne pôsobením sily, odrazené svetlo sa odkloní a na vychýlenie uhla sa použije fotodetektor citlivý na polohu. Potom zozbierané údaje spracuje počítač, aby sa získal trojrozmerný obraz povrchu vzorky.
Kompletná konzolová sonda je umiestnená na povrchu vzorky riadená piezoelektrickým skenerom a skenovaná v troch smeroch so šírkou kroku 0,1 nm alebo menšou v horizontálnej presnosti. Vo všeobecnosti, pri detailnom skenovaní povrchu vzorky (os XY), os Z- riadená spätnou väzbou posunutia konzoly zostáva pevná a nezmenená. Hodnoty osi Z, ktoré poskytujú spätnú väzbu o odozve skenovania, sa vkladajú do počítača na spracovanie, výsledkom čoho je pozorovaný obraz (3D obraz) povrchu vzorky.
