مبدأ العمل وتطبيق مجهر القوة الذرية
مجهر القوة الذرية هو مجهر مسبار مسح تم تطويره بناءً على المبدأ الأساسي للمجهر النفقي الماسح. لا شك أن ظهور مجهر القوة الذرية لعب دورًا رائدًا في تطوير تكنولوجيا النانو. المجهر المسباري الماسح، الذي يمثله مجهر القوة الذرية، عبارة عن سلسلة من المجاهر التي تستخدم مسبارًا صغيرًا لمسح سطح العينة، مما يوفر مراقبة عالية التكبير. يمكن أن يوفر المسح المجهري للقوة الذرية معلومات عن الحالة السطحية لأنواع مختلفة من العينات. بالمقارنة مع المجاهر التقليدية، فإن ميزة مجهر القوة الذرية هي أنه يمكن ملاحظة سطح العينة بتكبير عالٍ في ظل الظروف الجوية، ويمكن استخدامه لجميع العينات تقريبًا (مع متطلبات معينة لنعومة السطح)، دون الحاجة إلى أدوات أخرى. عمليات تحضير العينة، للحصول على صورة مورفولوجية ثلاثية الأبعاد لسطح العينة. ويمكن إجراء حساب الخشونة أو السُمك أو عرض الخطوة أو الرسم التخطيطي أو تحليل حجم الجسيمات على الصور المورفولوجية ثلاثية الأبعاد التي تم الحصول عليها من المسح الضوئي.
يمكن لمجهر القوة الذرية اكتشاف العديد من العينات وتوفير بيانات للأبحاث السطحية أو التحكم في الإنتاج أو تطوير العمليات، وهو ما لا تستطيع أجهزة قياس خشونة السطح المسح التقليدية والمجاهر الإلكترونية توفيره.
المبادئ الأساسية
يستخدم مجهر القوة الذرية قوة التفاعل (القوة الذرية) بين سطح العينة وطرف مسبار دقيق لقياس شكل السطح.
يقع طرف المسبار على ناتئ صغير، ويتم اكتشاف التفاعل الناتج عندما يتصل المسبار بسطح العينة في شكل انحراف ناتئ. المسافة بين سطح العينة والمسبار أقل من 3-4 نانومتر، والقوة المكتشفة بينهما أقل من 10-8 N. يتم تركيز الضوء الصادر من صمام ثنائي الليزر على الجزء الخلفي من الكابولي. عندما ينحني الكابولي تحت تأثير القوة، ينحرف الضوء المنعكس، ويتم استخدام كاشف ضوئي حساس للموضع للكشف عن زاوية الانحراف. ثم تتم معالجة البيانات المجمعة بواسطة الكمبيوتر للحصول على صورة ثلاثية الأبعاد لسطح العينة.
يتم وضع مسبار ناتئ كامل على سطح العينة التي يتم التحكم فيها بواسطة ماسح ضوئي كهرضغطي ويتم مسحه ضوئيًا في ثلاثة اتجاهات بعرض خطوة يبلغ 0.1 نانومتر أو أقل بدقة. بشكل عام، عند مسح سطح العينة بالتفصيل (المحور XY)، يظل المحور Z الذي يتم التحكم فيه بواسطة ردود فعل الإزاحة للكابولي ثابتًا ودون تغيير. يتم إدخال قيم المحور Z، والتي تعد بمثابة ردود فعل على استجابة المسح، في الكمبيوتر للمعالجة، مما يؤدي إلى صورة ملحوظة (صورة ثلاثية الأبعاد) لسطح العينة.
خصائص مجهر القوة الذرية
1. إن القدرة العالية الدقة تتجاوز بكثير قدرة الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (SEM) وأجهزة قياس الخشونة البصرية. تلبي البيانات ثلاثية الأبعاد الموجودة على سطح العينة المتطلبات المجهرية المتزايدة للبحث والإنتاج وفحص الجودة.
2. غير مدمرة، قوة التفاعل بين المسبار وسطح العينة أقل من 10-8N، وهو أقل بكثير من ضغط أجهزة قياس خشونة القلم التقليدية. لذلك، لن يؤدي ذلك إلى إتلاف العينة ولا توجد مشكلة تلف شعاع الإلكترون في المجهر الإلكتروني الماسح. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب المجهر الإلكتروني الماسح معالجة الطلاء على العينات غير الموصلة، في حين أن مجهر القوة الذرية لا يتطلب ذلك.
3. لديها مجموعة واسعة من التطبيقات ويمكن استخدامها لمراقبة السطح، وقياس الحجم، وقياس خشونة السطح، وتحليل حجم الجسيمات، والمعالجة الإحصائية للنتوءات والحفر، وتقييم حالة تكوين الفيلم، وقياس حجم الطبقات الواقية، وتقييم التسطيح الأفلام العازلة للطبقات البينية، وتقييم طلاء VCD، وتقييم عملية معالجة الاحتكاك للأفلام الموجهة، وتحليل العيوب، وما إلى ذلك.
4. يتمتع البرنامج بقدرات معالجة قوية، ويمكن لعرض الصور ثلاثية الأبعاد الخاص به ضبط الحجم والمنظور ولون العرض واللمعان بحرية. ويمكن اختيار الشبكة والخطوط الكنتورية وعروض الخطوط. إدارة الماكرو في معالجة الصور، وتحليل شكل المقطع العرضي والخشونة، وتحليل التشكل، وغيرها من الوظائف.
