กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมและการประยุกต์
กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอมมิกเป็นกล้องจุลทรรศน์แบบโพรบสแกนที่พัฒนาขึ้นตามหลักการพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกน การเกิดขึ้นของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมมีบทบาทในการขับเคลื่อนการพัฒนานาโนเทคโนโลยีอย่างไม่ต้องสงสัย กล้องจุลทรรศน์แบบหัววัดแบบสแกน ซึ่งแสดงด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแรงอะตอม เป็นชุดกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้หัววัดขนาดเล็กในการสแกนพื้นผิวของตัวอย่าง โดยให้การสังเกตที่มีกำลังขยายสูง การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมสามารถให้ข้อมูลสถานะพื้นผิวของตัวอย่างประเภทต่างๆ ได้ เมื่อเปรียบเทียบกับกล้องจุลทรรศน์ทั่วไป ข้อดีของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมคือสามารถสังเกตพื้นผิวของตัวอย่างที่กำลังขยายสูงภายใต้สภาวะบรรยากาศ และสามารถใช้ได้กับตัวอย่างเกือบทั้งหมด (ที่มีข้อกำหนดบางประการสำหรับความเรียบของพื้นผิว) โดยไม่จำเป็นต้องเตรียมตัวอย่างด้วยวิธีอื่น เพื่อให้ได้ภาพสัณฐานวิทยาสามมิติ-ของพื้นผิวตัวอย่าง และสามารถทำการคำนวณความหยาบ ความหนา ความกว้างขั้น แผนภาพบล็อก หรือการวิเคราะห์ขนาดอนุภาคบนภาพสัณฐานวิทยาสามมิติ-ที่ได้รับจากการสแกน
กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมสามารถตรวจจับตัวอย่างได้จำนวนมาก ให้ข้อมูลสำหรับการวิจัยพื้นผิวและการควบคุมการผลิตหรือการพัฒนากระบวนการ ซึ่งไม่สามารถให้ได้โดยเครื่องวัดความหยาบผิวแบบสแกนทั่วไปและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
1 หลักการพื้นฐาน
กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมใช้แรงปฏิสัมพันธ์ (แรงอะตอม) ระหว่างพื้นผิวของตัวอย่างกับปลายหัววัดละเอียดเพื่อวัดสัณฐานวิทยาของพื้นผิว
ปลายของโพรบอยู่บนคานยื่นแบบยืดหยุ่นขนาดเล็ก และปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อโพรบสัมผัสกับพื้นผิวตัวอย่างถูกตรวจพบในรูปแบบของการโก่งตัวของคานยื่น ระยะห่างระหว่างพื้นผิวตัวอย่างและโพรบน้อยกว่า 3-4 นาโนเมตร และแรงที่ตรวจพบระหว่างพื้นผิวนั้นน้อยกว่า 10-8N แสงจากเลเซอร์ไดโอดจะเน้นที่ด้านหลังของคานยื่น เมื่อคานยื่นโค้งงอภายใต้แรงกระทำ แสงที่สะท้อนจะเบนออกไป และใช้เครื่องตรวจจับแสงที่ไวต่อตำแหน่งเพื่อเบนมุม จากนั้นคอมพิวเตอร์จะประมวลผลข้อมูลที่รวบรวมเพื่อให้ได้ภาพสามมิติของพื้นผิวตัวอย่าง
โพรบยื่นยื่นแบบสมบูรณ์จะถูกวางบนพื้นผิวของตัวอย่างที่ควบคุมโดยเครื่องสแกนเพียโซอิเล็กทริก และสแกนในสามทิศทางด้วยความกว้างขั้น 0.1 นาโนเมตรหรือน้อยกว่าในความแม่นยำแนวนอน โดยทั่วไป เมื่อสแกนพื้นผิวตัวอย่างโดยละเอียด (แกน XY) แกน Z- ที่ควบคุมโดยผลป้อนกลับการกระจัดของคานยื่นจะยังคงคงที่และไม่เปลี่ยนแปลง ค่าแกน Z- ที่ให้ผลตอบรับเกี่ยวกับการตอบสนองการสแกนจะถูกป้อนเข้าไปในคอมพิวเตอร์เพื่อการประมวลผล ส่งผลให้ได้ภาพการสังเกต (ภาพ 3 มิติ) ของพื้นผิวตัวอย่าง
