Nguyên lý làm việc và ứng dụng của kính hiển vi lực nguyên tử
Kính hiển vi lực nguyên tử và ứng dụng của nó
Kính hiển vi lực nguyên tử là kính hiển vi đầu dò quét được phát triển từ nguyên tắc cơ bản của kính hiển vi quét đường hầm. Sự xuất hiện của kính hiển vi lực nguyên tử chắc chắn đã đóng một vai trò thúc đẩy sự phát triển của công nghệ nano. Kính hiển vi đầu dò quét được đại diện bởi kính hiển vi lực nguyên tử là một thuật ngữ chung cho một loạt kính hiển vi sử dụng đầu dò nhỏ để quét trên bề mặt mẫu để cung cấp khả năng quan sát ở độ phóng đại cao. Quét AFM có thể cung cấp thông tin về trạng thái bề mặt của nhiều loại mẫu khác nhau. So với kính hiển vi thông thường, ưu điểm của kính hiển vi lực nguyên tử là nó có thể quan sát bề mặt mẫu ở độ phóng đại cao trong điều kiện khí quyển và có thể được sử dụng cho hầu hết tất cả các mẫu (với một số yêu cầu nhất định về độ hoàn thiện bề mặt), mà không cần xử lý chuẩn bị mẫu khác, bề mặt mẫu có thể thu được hình ảnh 3D của . Nó cũng có thể thực hiện tính toán độ nhám, độ dày, độ rộng bước, sơ đồ khối hoặc phân tích kích thước hạt trên hình ảnh địa hình 3D được quét.
AFM có thể phát hiện nhiều mẫu và cung cấp dữ liệu cho nghiên cứu bề mặt và kiểm soát sản xuất hoặc phát triển quy trình, điều mà máy đo độ nhám bề mặt quét thông thường và kính hiển vi điện tử không thể cung cấp được.
1. Nguyên tắc cơ bản
Kính hiển vi lực nguyên tử sử dụng lực tương tác (lực nguyên tử) giữa bề mặt mẫu dò và đầu dò cực nhỏ để đo địa hình của bề mặt.
Đầu dò nằm trên một công cụ đúc hẫng nhỏ linh hoạt và khi đầu dò chạm vào bề mặt mẫu, tương tác thu được được phát hiện dưới dạng lệch của công cụ đúc hẫng. Khoảng cách giữa bề mặt mẫu và đầu dò nhỏ hơn 3-4nm và lực được phát hiện giữa chúng nhỏ hơn 10-8N. Ánh sáng từ một diode laze được tập trung vào mặt sau của công xôn. Khi công xôn uốn cong dưới tác dụng của lực, ánh sáng phản xạ bị lệch bằng cách sử dụng góc lệch của bộ tách sóng quang nhạy cảm với vị trí. Sau đó, dữ liệu thu thập được xử lý bằng máy tính để thu được hình ảnh ba chiều của bề mặt mẫu.
Đầu dò đúc hẫng hoàn chỉnh được đặt trên bề mặt mẫu được điều khiển bởi máy quét áp điện và quét theo ba hướng với mức độ chính xác từ 0.1nm trở xuống. Thông thường, trục Z được điều khiển phản hồi chuyển vị của công xôn không đổi trong khi quá trình quét chi tiết (trục XY) được thực hiện trên bề mặt mẫu. Giá trị trục Z là phản hồi của phản ứng quét được nhập vào máy tính để xử lý và thu được hình ảnh quan sát (hình ảnh 3D) của bề mặt mẫu.
Thứ hai, đặc điểm của kính hiển vi lực nguyên tử
1. Khả năng phân giải cao vượt xa khả năng của kính hiển vi điện tử quét (SEM) và máy đo độ nhám quang học. Dữ liệu ba chiều của bề mặt mẫu đáp ứng các yêu cầu ngày càng vi mô của nghiên cứu, sản xuất và kiểm tra chất lượng.
2. Không phá hủy, lực tương tác giữa đầu dò và bề mặt mẫu nhỏ hơn 10-8N, thấp hơn nhiều so với áp suất của máy đo độ nhám bút trước đây nên sẽ không làm hỏng mẫu, đồng thời không có vấn đề phá hủy chùm tia điện tử của kính hiển vi điện tử quét. Ngoài ra, kính hiển vi điện tử quét yêu cầu phải phủ các mẫu không dẫn điện, trong khi kính hiển vi lực nguyên tử thì không.
3. Nó có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như quan sát bề mặt, đo kích thước, đo độ nhám bề mặt, phân tích kích thước hạt, xử lý thống kê các phần nhô ra và hố, đánh giá các điều kiện tạo màng, đo các bước kích thước lớp bảo vệ, đánh giá độ phẳng của màng cách nhiệt, đánh giá lớp phủ VCD, đánh giá quá trình xử lý ma sát của màng định hướng, phân tích khuyết tật, v.v.
4. Phần mềm có các chức năng xử lý mạnh mẽ và kích thước hiển thị hình ảnh ba chiều, góc nhìn, màu sắc hiển thị và độ bóng có thể được đặt tự do. Và có thể chọn mạng, đường đồng mức, hiển thị đường. Quản lý vĩ mô xử lý hình ảnh, phân tích hình dạng và độ nhám mặt cắt ngang, phân tích địa hình và các chức năng khác.
