หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมและการประยุกต์
กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมเป็นกล้องจุลทรรศน์แบบโพรบสแกนที่พัฒนาขึ้นบนหลักการพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกน การเกิดขึ้นของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมมีบทบาทในการขับเคลื่อนการพัฒนานาโนเทคโนโลยีอย่างไม่ต้องสงสัย กล้องจุลทรรศน์แบบหัววัดแบบสแกน ซึ่งแสดงด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแรงอะตอม เป็นคำทั่วไปสำหรับชุดกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้หัววัดขนาดเล็กในการสแกนบนพื้นผิวของตัวอย่าง ดังนั้นจึงให้การสังเกตที่มีกำลังขยายสูง การสแกน AFM ให้ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะพื้นผิวของตัวอย่างประเภทต่างๆ เมื่อเปรียบเทียบกับกล้องจุลทรรศน์ทั่วไป ข้อดีของ AFM ก็คือ สามารถใช้สังเกตพื้นผิวของตัวอย่างที่กำลังขยายสูงภายใต้สภาวะบรรยากาศ และใช้ได้กับตัวอย่างเกือบทั้งหมด (ที่มีข้อกำหนดบางประการสำหรับการตกแต่งพื้นผิว) โดยไม่จำเป็นต้องทำอะไรเลย การเตรียมตัวอย่างอื่นๆ เพื่อให้ได้ภาพภูมิประเทศสามมิติของพื้นผิวตัวอย่าง ภาพ 3 มิติที่สแกนสามารถใช้ในการคำนวณความหยาบ ความหนา ความกว้างของขั้น พล็อตของกล่อง หรือการวิเคราะห์รายละเอียด
กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมสามารถตรวจสอบตัวอย่างได้จำนวนมาก โดยให้ข้อมูลสำหรับการศึกษาพื้นผิวและการควบคุมการผลิตหรือการพัฒนากระบวนการที่เครื่องวัดความหยาบผิวด้วยการสแกนแบบทั่วไปและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไม่สามารถให้ได้
หลักการพื้นฐาน
กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมใช้แรงปฏิสัมพันธ์ (แรงอะตอม) ระหว่างพื้นผิวของตัวอย่างทดสอบกับปลายหัววัดละเอียดเพื่อวัดภูมิประเทศของพื้นผิว
ปลายของโพรบอยู่บนคานยื่นของ bremsstrahlung ขนาดเล็ก และเมื่อโพรบสัมผัสกับพื้นผิวตัวอย่าง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะถูกตรวจพบในรูปแบบของการโก่งตัวของคานยื่น ระยะห่างระหว่างพื้นผิวตัวอย่างและโพรบน้อยกว่า 3-4 นาโนเมตร และแรงที่ตรวจพบระหว่างพื้นผิวเหล่านี้น้อยกว่า 10-8 N แสงจากเลเซอร์ไดโอดจะเน้นที่ด้านหลังของคานยื่น ขณะที่คานเท้าแขนโค้งงอภายใต้แรง แสงที่สะท้อนจะถูกเบนออกไป โดยใช้มุมโก่งของตัวตรวจจับแสงที่ไวต่อบิต จากนั้นข้อมูลที่รวบรวมจะถูกประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์เพื่อให้ได้ภาพสามมิติของพื้นผิวตัวอย่าง
หัววัดยื่นยื่นออกมาแบบสมบูรณ์ วางอยู่บนพื้นผิวตัวอย่างภายใต้การควบคุมของเครื่องสแกนเพียโซอิเล็กทริก จะถูกสแกนในสามทิศทางในขั้นละ 0.1 นาโนเมตรหรือน้อยกว่าที่ระดับความแม่นยำ โดยทั่วไป การเคลื่อนตัวของคานยื่นจะคงที่ภายใต้การทำงานของแกน Z ของตัวควบคุมป้อนกลับ เนื่องจากพื้นผิวตัวอย่างถูกกวาดอย่างละเอียด (แกน XY) เพื่อตอบสนองต่อการสแกน ค่าป้อนกลับแกน Z จะถูกป้อนเข้าสู่การประมวลผลของคอมพิวเตอร์ ส่งผลให้เกิดการสังเกตภาพพื้นผิวตัวอย่าง (ภาพ 3 มิติ)
คุณสมบัติของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม
1. ความสามารถที่มีความละเอียดสูงเหนือกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) รวมถึงเครื่องมือวัดความหยาบของแสงมาก ข้อมูลสามมิติบนพื้นผิวตัวอย่างเพื่อตอบสนองความต้องการของการวิจัย การผลิต การตรวจสอบคุณภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์มากขึ้นเรื่อยๆ
2. แรงปฏิกิริยาระหว่างโพรบและพื้นผิวตัวอย่างแบบไม่ทำลาย 10-8N หรือน้อยกว่า น้อยกว่าความดันเครื่องมือความหยาบของสไตลัสก่อนหน้ามาก ดังนั้นจะไม่เกิดความเสียหายกับตัวอย่าง ไม่มีกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ลำแสงอิเล็กตรอน ความเสียหาย. นอกจากนี้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดจำเป็นต้องเคลือบตัวอย่างที่ไม่นำไฟฟ้า ในขณะที่ไม่จำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม
3. การใช้งานที่หลากหลาย สามารถใช้สำหรับการสังเกตพื้นผิว การกำหนดขนาด การกำหนดความหยาบของพื้นผิว การวิเคราะห์รายละเอียด การยื่นออกมาและหลุมของการประมวลผลทางสถิติ การประเมินสภาวะการขึ้นรูปฟิล์ม ขนาดของชั้นป้องกันในการกำหนดของ ขั้นตอน การประเมินความเรียบของฟิล์มฉนวนระหว่างชั้น การประเมินการเคลือบวีซีดี การประเมินการรักษาแรงเสียดทานของกระบวนการฟิล์มทิศทาง การวิเคราะห์ข้อบกพร่อง
4. ฟังก์ชั่นการประมวลผลซอฟต์แวร์ที่แข็งแกร่ง สามารถตั้งค่าภาพสามมิติที่แสดงขนาด มุมมอง สีที่แสดง ความเงาได้อย่างอิสระ และสามารถเลือกเครือข่าย, คอนทัวร์, การแสดงเส้นได้ การจัดการระดับมหภาคของการประมวลผลภาพ รูปร่างของส่วน การวิเคราะห์ความหยาบ การวิเคราะห์ทางสัณฐานวิทยา และฟังก์ชันอื่นๆ
