Nguyên lý hoạt động của 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 dựa trên nguyên lý 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 quan trọng trong sự phát triển của công nghệ nano. Kính hiển vi đầu dò quét, được biểu thị bằng kính hiển vi lực nguyên tử, là thuật ngữ chung cho một loạt kính hiển vi sử dụng đầu dò nhỏ để quét trên bề mặt mẫu, do đó cung cấp các quan sát có độ phóng đại cao. Quét AFM cung cấp thông tin về trạng thái bề mặt của các loại mẫu khác nhau. So với kính hiển vi thông thường, ưu điểm của AFM là nó có thể được sử dụng để quan sát bề mặt của 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 bất kỳ phương pháp xử lý bề mặt nào. chuẩn bị mẫu khác để thu được hình ảnh địa hình ba chiều của bề mặt mẫu. Hình ảnh 3D được quét có thể được sử dụng để tính toán độ nhám, độ dày, độ rộng bước, sơ đồ hộp hoặc phân tích độ chi tiết.
Kính hiển vi lực nguyên tử có thể kiểm tra nhiều mẫu, cung cấp dữ liệu cho nghiên cứu bề mặt và kiểm soát sản xuất hoặc phát triển quy trình mà máy đo độ nhám bề mặt quét thông thường và kính hiển vi điện tử không thể cung cấp.
Nguyên tắc cơ bản
Kính hiển vi lực nguyên tử sử dụng lực tương tác (lực nguyên tử) giữa bề mặt của mẫu thử và đầu dò mịn để đo địa hình bề mặt.
Đầu dò nằm trên một công xôn đúc hẫng nhỏ và khi đầu dò chạm vào bề mặt mẫu, sự tương tác thu được sẽ được phát hiện dưới dạng độ lệch của công xôn. Khoảng cách giữa bề mặt mẫu và đầu dò nhỏ hơn 3-4 nm và lực được phát hiện giữa chúng nhỏ hơn 10-8 N. Ánh sáng từ diode laser tập trung vào mặt sau của đúc hẫng. Khi công xôn uốn cong dưới lực, ánh sáng phản xạ bị lệch, sử dụng góc lệch của bộ tách sóng quang nhạy cảm với bit. Dữ liệu thu thập được sau đó được máy tính xử lý để thu được hình ảnh ba chiều của bề mặt mẫu.
Đầu dò đúc hẫng hoàn chỉnh, được đặt trên bề mặt mẫu dưới sự điều khiển của máy quét áp điện, được quét theo ba hướng theo các bước 0,1 nm trở xuống ở mức độ chính xác. Nói chung, độ dịch chuyển của đúc hẫng được giữ cố định dưới tác động của trục Z của bộ điều khiển phản hồi khi bề mặt mẫu được quét chi tiết (trục XY). Để đáp ứng quá trình quét, giá trị trục Z phản hồi được đưa vào máy tính xử lý, dẫn đến việc quan sát hình ảnh bề mặt mẫu (hình ảnh 3D).
Đặc điểm của kính hiển vi lực nguyên tử
1. Khả năng phân giải cao vượt xa kính hiển vi điện tử quét (SEM), cũng như thiết bị đo độ nhám quang học. Dữ liệu ba chiều trên bề mặt mẫu đáp ứng yêu cầu nghiên cứu, sản xuất, kiểm tra chất lượng ngày càng hiển vi.
2. Lực tương tác bề mặt đầu dò và mẫu không phá hủy từ 10-8N trở xuống, nhỏ hơn nhiều so với áp suất của dụng cụ đo độ nhám của bút cảm ứng trước đó, do đó sẽ không làm hỏng mẫu, không có chùm tia điện tử của kính hiển vi điện tử quét hư hại. Ngoài ra, kính hiển vi điện tử quét yêu cầu các mẫu không dẫn điện phải được phủ, trong khi kính hiển vi lực nguyên tử thì không.
3. Nhiều ứng dụng, có thể được sử dụng để quan sát bề mặt, xác định kích thước, xác định độ nhám bề mặt, phân tích độ chi tiết, các phần nhô ra và hố của xử lý thống kê, đánh giá các điều kiện tạo màng, kích thước của lớp bảo vệ để xác định bước, đánh giá độ phẳng của màng cách điện giữa các lớp, đánh giá lớp phủ VCD, đánh giá xử lý ma sát của quá trình màng định hướng, phân tích khuyết tật.
4. Chức năng xử lý phần mềm mạnh mẽ, hình ảnh ba chiều của nó hiển thị kích thước, góc nhìn, màu sắc hiển thị, độ bóng có thể được thiết lập tự do. Và có thể chọn mạng, đường viền, hiển thị đường. Quản lý vĩ mô xử lý hình ảnh, hình dạng của mặt cắt và phân tích độ nhám, phân tích hình thái và các chức năng khác.
