مبدأ العمل وتطبيق مجهر القوة الذرية
مجهر القوة الذرية وتطبيقاته
مجهر القوة الذرية هو مجهر مسبار مسح تم تطويره من المبدأ الأساسي لمسح المجهر النفقي. لعب ظهور مجهر القوة الذرية دورًا بلا شك في تعزيز تطوير تقنية النانو. مجهر مسبار المسح الذي يمثله مجهر القوة الذرية هو مصطلح عام لسلسلة من المجاهر التي تستخدم مسبارًا صغيرًا لمسح سطح العينة لتوفير مراقبة عالية التكبير. يمكن أن يوفر مسح AFM معلومات عن الحالة السطحية لأنواع مختلفة من العينات. بالمقارنة مع المجاهر التقليدية ، تتمثل ميزة الفحص المجهري للقوة الذرية في أنه يمكنه مراقبة سطح العينة بتكبير عالٍ في ظل الظروف الجوية ، ويمكن استخدامه لجميع العينات تقريبًا (مع متطلبات معينة لإنهاء السطح) ، دون معالجة أخرى لتحضير العينة ، يمكن الحصول على سطح العينة صورة ثلاثية الأبعاد لـ. يمكنه أيضًا إجراء حساب الخشونة أو السماكة أو عرض الخطوة أو الرسم التخطيطي للكتل أو تحليل حجم الجسيمات على الصورة الطبوغرافية ثلاثية الأبعاد الممسوحة ضوئيًا.
يمكن لـ AFM اكتشاف العديد من العينات وتقديم بيانات للبحث السطحي والتحكم في الإنتاج أو تطوير العملية ، والتي لا يمكن توفيرها عن طريق أجهزة قياس خشونة السطح التقليدية والمجاهر الإلكترونية.
1. المبادئ الأساسية
يستخدم مجهر القوة الذرية قوة التفاعل (القوة الذرية) بين سطح عينة الكشف وطرف المسبار الصغير لقياس تضاريس السطح.
يقع طرف المسبار على ناتئ صغير مرن ، وعندما يلمس المسبار سطح العينة ، يتم اكتشاف التفاعل الناتج في شكل انحراف ناتئ. المسافة بين سطح العينة والمسبار أقل من 3-4 نانومتر ، والقوة المكتشفة بينهما أقل من 10-8 نيوتن. يتركز الضوء من الصمام الثنائي بالليزر على الجزء الخلفي من الكابول. عندما ينحني الكابول تحت القوة ، ينحرف الضوء المنعكس باستخدام زاوية انحراف كاشف ضوئي حساس للموضع. ثم تتم معالجة البيانات المجمعة بواسطة الكمبيوتر للحصول على صورة ثلاثية الأبعاد لسطح العينة.
يتم وضع مسبار الكابول الكامل على سطح العينة التي يتم التحكم فيها بواسطة الماسح الكهرضغطية ويتم مسحه ضوئيًا في ثلاثة اتجاهات بمستوى دقة يبلغ 0. 1 نانومتر أو أقل. عادة ، يظل المحور Z الذي يتم التحكم فيه عن طريق التغذية المرتدة للناتيل ثابتًا أثناء إجراء المسح التفصيلي (المحور XY) على سطح العينة. يتم إدخال قيمة المحور Z التي تمثل ردود الفعل على استجابة المسح في الكمبيوتر للمعالجة ، ويتم الحصول على صورة المراقبة (صورة ثلاثية الأبعاد) لسطح العينة.
ثانياً: خصائص مجهر القوة الذرية
1. قدرات الدقة العالية تفوق بكثير تلك الخاصة بمجاهر المسح الإلكتروني (SEM) ، ومقاييس الخشونة الضوئية. تلبي البيانات ثلاثية الأبعاد لسطح العينة المتطلبات الميكروسكوبية المتزايدة للبحث والإنتاج وفحص الجودة.
2. غير مدمر ، قوة التفاعل بين المجس وسطح العينة أقل من 10-8 N ، وهو أقل بكثير من ضغط مقياس خشونة القلم السابق ، لذلك لن يتلف العينة ، وهناك لا توجد مشكلة تلف شعاع الإلكترون من المجهر الإلكتروني الماسح. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب الفحص المجهري الإلكتروني طلاء العينات غير الموصلة ، بينما لا يتطلب الفحص المجهري للقوة الذرية.
3. يمكن استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات ، مثل مراقبة السطح ، وقياس الحجم ، وقياس خشونة السطح ، وتحليل حجم الجسيمات ، والمعالجة الإحصائية للنتوءات والحفر ، وتقييم ظروف تشكيل الفيلم ، وقياس خطوات حجم الطبقة الواقية ، والتقييم من تسطيح الأغشية العازلة للطبقة البينية ، وتقييم طلاء VCD ، وتقييم عملية معالجة الاحتكاك للفيلم الموجه ، وتحليل العيوب ، إلخ.
4. يحتوي البرنامج على وظائف معالجة قوية ، ويمكن ضبط حجم عرض الصورة ثلاثية الأبعاد ، وزاوية الرؤية ، ولون العرض ، واللمعان بحرية. ويمكن اختيار الشبكة ، خط الكنتور ، عرض الخط. الإدارة الكلية لمعالجة الصور ، تحليل الشكل المقطعي والخشونة ، تحليل الطبوغرافيا والوظائف الأخرى.
