Princíp činnosti a aplikácia mikroskopie atómových síl
Mikroskopia atómovej sily je skenovací sondový mikroskop vyvinutý na základnom princípe skenovacej tunelovej mikroskopie. 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, že dokáže pozorovať povrch vzorky pri veľkom zväčšení za atmosférických podmienok a možno ju použiť pre takmer všetky vzorky (s určitými požiadavkami na hladkosť povrchu), bez potreby ďalších procesy prípravy vzorky, aby sa získal trojrozmerný morfologický obraz povrchu vzorky. A môže vykonávať výpočet drsnosti, hrúbky, šírky kroku, blokového diagramu alebo analýzy veľkosti častíc na 3D morfologických obrázkoch získaných zo skenovania.
Mikroskopia atómovej sily dokáže detekovať veľa vzoriek a poskytnúť údaje pre povrchový výskum, riadenie výroby alebo vývoj procesov, ktoré bežné skenovacie merače drsnosti povrchu a elektrónové mikroskopy nedokážu poskytnúť.
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 konzole a interakcia vytvorená pri kontakte sondy s povrchom vzorky sa deteguje vo forme vychýlenia konzoly. Vzdialenosť medzi povrchom vzorky a sondou je menšia ako 3-4 nm a sila zistená medzi nimi je menšia ako 10-8 N. Svetlo z laserovej diódy je zaostrené na zadnú stranu konzoly. Keď sa konzola ohne pôsobením sily, odrazené svetlo sa vychýli a na detekciu uhla vychýlenia sa použije fotodetektor citlivý na polohu. Potom zozbierané údaje spracuje počítač, aby sa získal trojrozmerný obraz povrchu vzorky.
Kompletná konzolová sonda je umiestnená na povrch vzorky riadená piezoelektrickým skenerom a skenovaná v troch smeroch s presnosťou šírky kroku 0,1 nm alebo menej. Všeobecne platí, že pri detailnom skenovaní povrchu vzorky (os XY) je os Z riadená spätnou väzbou posunutia konzoly udržiavaná pevná a nezmenená. Hodnoty osi Z, ktoré sú spätnou väzbou na odozvu skenovania, sa vkladajú do počítača na spracovanie, výsledkom čoho je pozorovaný obraz (3D obraz) povrchu vzorky.
Charakteristika mikroskopie atómových síl
1. Schopnosť vysokého rozlíšenia ďaleko prevyšuje rastrovaciu elektrónovú mikroskopiu (SEM) a merače optickej drsnosti. Trojrozmerné údaje na povrchu vzorky spĺňajú čoraz mikroskopickejšie požiadavky výskumu, výroby a kontroly kvality.
2. Nedeštruktívne, interakčná sila medzi sondou a povrchom vzorky je nižšia ako 10-8N, čo je oveľa nižšie ako tlak tradičných meračov drsnosti hrotu. Preto nepoškodí vzorku a pri skenovacej elektrónovej mikroskopii nevzniká problém s poškodením elektrónovým lúčom. Okrem toho rastrovacia elektrónová mikroskopia vyžaduje povrchovú úpravu na nevodivých vzorkách, zatiaľ čo mikroskopia atómovej sily to nevyžaduje.
3. Má širokú škálu aplikácií a môže byť použitý na pozorovanie povrchu, meranie veľkosti, meranie drsnosti povrchu, analýzu veľkosti častíc, štatistické spracovanie výstupkov a jamiek, hodnotenie stavu tvorby filmu, meranie veľkosti ochranných vrstiev, hodnotenie rovinnosti medzivrstvové izolačné fólie, hodnotenie VCD povlaku, hodnotenie procesu trecej úpravy orientovaných fólií, analýza defektov atď.
4. Softvér má silné možnosti spracovania a jeho 3D zobrazenie obrazu môže voľne nastaviť jeho veľkosť, perspektívu, farbu displeja a lesk. A je možné zvoliť zobrazenie siete, vrstevníc a čiar. Správa makier pri spracovaní obrazu, analýza tvaru a drsnosti prierezu, analýza morfológie a ďalšie funkcie.
