עקרון העבודה והיישום של מיקרוסקופיה של כוח אטומי
מיקרוסקופ כוח אטומי הוא מיקרוסקופ בדיקה סורק שפותח על בסיס העיקרון הבסיסי של מיקרוסקופ מנהור סורק. הופעתה של מיקרוסקופ הכוח האטומי ללא ספק מילאה תפקיד מניע בפיתוח הננוטכנולוגיה. מיקרוסקופ בדיקה סורקת, המיוצגת על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי, היא סדרה של מיקרוסקופים המשתמשים בבדיקה קטנה כדי לסרוק את פני השטח של דגימה, המספקת תצפית בהגדלה גבוהה. סריקת מיקרוסקופיה בכוח אטומי יכולה לספק מידע על מצב פני השטח של סוגים שונים של דגימות. בהשוואה למיקרוסקופים קונבנציונליים, היתרון של מיקרוסקופ כוח אטומי הוא בכך שהיא יכולה לצפות במשטח הדגימה בהגדלה גבוהה בתנאים אטמוספריים, וניתן להשתמש בה כמעט לכל הדגימות (עם דרישות מסוימות לחלקות פני השטח), ללא צורך באחרות. תהליכי הכנת מדגם, לקבלת תמונת מורפולוגיה תלת מימדית של משטח המדגם. והוא יכול לבצע חישוב חספוס, עובי, רוחב צעד, דיאגרמת בלוקים או ניתוח גודל חלקיקים על תמונות המורפולוגיה התלת-ממדיות המתקבלות מסריקה.
מיקרוסקופ כוח אטומי יכול לזהות דגימות רבות ולספק נתונים עבור מחקר משטח, בקרת ייצור או פיתוח תהליכים, שמדי חספוס משטח סריקה קונבנציונליים ומיקרוסקופים אלקטרוניים אינם יכולים לספק.
עקרונות בסיסיים
מיקרוסקופ כוח אטומי משתמש בכוח האינטראקציה (כוח אטומי) בין פני השטח של דגימה לקצה של בדיקה עדינה כדי למדוד את מורפולוגיה של פני השטח.
קצה הבדיקה נמצא על שלוחה קטנה, והאינטראקציה שנוצרת כאשר הבדיקה מתקשרת עם פני הדגימה מזוהה בצורה של סטייה שלוחה. המרחק בין משטח הדגימה לבין הגשש קטן מ-{0}} ננומטר, והכוח שזוהה ביניהם הוא פחות מ-10-8 N. האור מדיודת הלייזר ממוקד בגב השלוחה. כאשר שלוחה כפופה תחת פעולת הכוח, האור המוחזר סוטה, ופוטו-גלאי רגיש למיקום משמש לזיהוי זווית ההטיה. לאחר מכן, הנתונים שנאספו מעובדים על ידי מחשב כדי לקבל תמונה תלת מימדית של משטח המדגם.
בדיקה שלוחה מלאה מונחת על פני הדגימה הנשלטת על ידי סורק פיזואלקטרי ונסרקת בשלושה כיוונים ברוחב צעד של 0.1 ננומטר או פחות בדיוק. בדרך כלל, כאשר סורקים את משטח הדגימה בפירוט (ציר XY), ציר ה-Z הנשלט על ידי משוב העקירה של שלוחה נשמר קבוע וללא שינוי. ערכי ציר ה-Z, המהווים משוב לתגובת הסריקה, מוזנים למחשב לצורך עיבוד, וכתוצאה מכך נוצרת תמונה נצפית (תמונה תלת מימדית) של משטח המדגם.
המאפיינים של מיקרוסקופ כוח אטומי
1. יכולת הרזולוציה הגבוהה עולה בהרבה על זו של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) ומדדי חספוס אופטיים. הנתונים התלת מימדיים על פני הדגימה עומדים בדרישות המיקרוסקופיות יותר ויותר של מחקר, ייצור ובדיקת איכות.
2. לא הרסני, כוח האינטראקציה בין הבדיקה למשטח המדגם הוא מתחת ל-10-8N, שהוא נמוך בהרבה מהלחץ של מדי החספוס המסורתיים. לכן, זה לא יפגע בדגימה ואין בעיה של נזק קרן אלקטרונים במיקרוסקופ אלקטרוני סריקת. בנוסף, סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים דורשת טיפול ציפוי על דגימות לא מוליכות, בעוד שמיקרוסקופ כוח אטומי אינו מחייב זאת.
3. יש לו מגוון רחב של יישומים והוא יכול לשמש לתצפית על פני השטח, מדידת גודל, מדידת חספוס פני השטח, ניתוח גודל החלקיקים, עיבוד סטטיסטי של בליטות ובורות, הערכת מצב היווצרות סרט, מדידת צעדי גודל של שכבות הגנה, הערכת שטוחות של סרטי בידוד בין-שכבתיים, הערכת ציפוי VCD, הערכת תהליך טיפול בחיכוך של סרטים מכוונים, ניתוח פגמים וכו'.
4. לתוכנה יכולות עיבוד חזקות, ותצוגת התמונה התלת מימדית שלה יכולה להגדיר בחופשיות את הגודל, הפרספקטיבה, צבע התצוגה והברק שלה. וניתן לבחור רשת, קווי מתאר ותצוגות קווים. ניהול מאקרו בעיבוד תמונה, ניתוח צורת חתך וחספוס, ניתוח מורפולוגיה ופונקציות נוספות.
