กล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูและการประยุกต์ใช้
กล้องจุลทรรศน์กำลังปรมาณูเป็นกล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกนที่พัฒนามาจากหลักการพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์ การเกิดขึ้นของกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูมีบทบาทในการส่งเสริมการพัฒนานาโนเทคโนโลยีอย่างไม่ต้องสงสัย กล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกนที่แสดงโดยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมเป็นคำทั่วไปสำหรับชุดของกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้หัววัดขนาดเล็กในการสแกนบนพื้นผิวของตัวอย่างเพื่อให้การสังเกตที่มีกำลังขยายสูง การสแกน AFM สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะพื้นผิวของตัวอย่างประเภทต่างๆ เมื่อเปรียบเทียบกับกล้องจุลทรรศน์ทั่วไป ข้อได้เปรียบของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมคือสามารถสังเกตพื้นผิวตัวอย่างด้วยกำลังขยายสูงภายใต้สภาวะบรรยากาศ และสามารถใช้ได้กับตัวอย่างเกือบทั้งหมด (โดยมีข้อกำหนดบางประการสำหรับพื้นผิวสำเร็จ) โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการเตรียมตัวอย่างอื่นๆ พื้นผิวตัวอย่างสามารถรับภาพ 3 มิติของ นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณความหยาบ ความหนา ความกว้างของขั้น บล็อกไดอะแกรม หรือการวิเคราะห์ขนาดอนุภาคบนภาพภูมิประเทศ 3 มิติที่สแกน
AFM สามารถตรวจจับตัวอย่างจำนวนมากและให้ข้อมูลสำหรับการวิจัยพื้นผิวและการควบคุมการผลิตหรือการพัฒนากระบวนการ ซึ่งไม่สามารถหาได้จากเครื่องวัดความหยาบผิวแบบสแกนทั่วไปและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
1. หลักการพื้นฐาน
กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมใช้แรงอันตรกิริยา (แรงอะตอม) ระหว่างพื้นผิวตัวอย่างตรวจจับและปลายโพรบขนาดเล็กเพื่อวัดภูมิประเทศของพื้นผิว
ปลายโพรบอยู่บนคานยื่นขนาดเล็กที่ยืดหยุ่นได้ และเมื่อโพรบสัมผัสกับพื้นผิวตัวอย่าง จะตรวจพบปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในรูปของคานเอียง ระยะห่างระหว่างพื้นผิวตัวอย่างกับหัววัดน้อยกว่า 3-4nm และแรงที่ตรวจพบระหว่างพื้นผิวทั้งสองน้อยกว่า 10-8N แสงจากเลเซอร์ไดโอดจะโฟกัสไปที่ด้านหลังของคานยื่น เมื่อคานโค้งงอภายใต้แรงกระทำ แสงสะท้อนจะถูกหักเหโดยใช้มุมโก่งตัวตรวจจับแสงที่ไวต่อตำแหน่ง จากนั้นข้อมูลที่รวบรวมได้จะถูกประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อให้ได้ภาพสามมิติของพื้นผิวตัวอย่าง
โพรบคานยื่นแบบสมบูรณ์วางอยู่บนพื้นผิวของตัวอย่างที่ควบคุมโดยเครื่องสแกนเพียโซอิเล็กทริก และสแกนในสามทิศทางด้วยความกว้างขั้นละ 0.1 นาโนเมตรหรือน้อยกว่า โดยทั่วไปแล้ว แกน Z ที่ควบคุมการป้อนกลับของคานยื่นจะคงที่ในขณะที่ทำการสแกนแบบละเอียด (แกน XY) บนพื้นผิวตัวอย่าง ค่าแกน Z ซึ่งเป็นค่าป้อนกลับของการตอบสนองการสแกนจะถูกป้อนเข้าสู่คอมพิวเตอร์เพื่อประมวลผล และได้รับภาพการสังเกต (ภาพ 3 มิติ) ของพื้นผิวตัวอย่าง
ประการที่สอง ลักษณะของกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณู
1. ความสามารถด้านความละเอียดสูงเหนือกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และเครื่องวัดความหยาบของแสงอย่างมาก ข้อมูลสามมิติของพื้นผิวตัวอย่างเป็นไปตามข้อกำหนดด้านจุลภาคที่เพิ่มขึ้นของการวิจัย การผลิต และการตรวจสอบคุณภาพ
2. ไม่ทำลาย แรงกระทำระหว่างหัววัดกับพื้นผิวตัวอย่างน้อยกว่า 10-8N ซึ่งต่ำกว่าแรงกดของเครื่องวัดความหยาบของสไตลัสรุ่นก่อนหน้ามาก ดังนั้นจึงไม่ทำให้ตัวอย่างเสียหาย และมี ไม่มีปัญหาลำแสงอิเล็กตรอนเสียหายในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด นอกจากนี้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดจำเป็นต้องมีการเคลือบตัวอย่างที่ไม่นำไฟฟ้า ในขณะที่กล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูไม่ต้องการ
3. สามารถใช้งานได้หลากหลาย เช่น การสังเกตพื้นผิว, การวัดขนาด, การวัดความหยาบของพื้นผิว, การวิเคราะห์ขนาดอนุภาค, การประมวลผลทางสถิติของส่วนที่ยื่นออกมาและหลุม, การประเมินสภาพการก่อตัวของฟิล์ม, การวัดขนาดชั้นป้องกัน, ความเรียบ การประเมินฟิล์มฉนวนระหว่างชั้น การประเมินการเคลือบ VCD การประเมินกระบวนการรักษาแรงเสียดทานของฟิล์มเชิง การวิเคราะห์ข้อบกพร่อง ฯลฯ
4. ซอฟต์แวร์มีฟังก์ชันการประมวลผลที่แข็งแกร่ง และสามารถตั้งค่าขนาดการแสดงภาพสามมิติ มุมมอง สีที่แสดง และความเงาได้อย่างอิสระ และสามารถเลือกเครือข่าย เส้นชั้นความสูง การแสดงเส้น การจัดการมาโครของการประมวลผลภาพ การวิเคราะห์รูปร่างภาคตัดขวางและความหยาบ การวิเคราะห์ภูมิประเทศ และฟังก์ชันอื่นๆ
