مبدأ العمل وتطبيقات مجاهر القوة الذرية
مجهر القوة الذرية هو مجهر مسبار مسح تم تطويره بناءً على المبادئ الأساسية 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 الفحص المجهري للقوة الذرية هي أنه يمكنه مراقبة سطح العينات عند التكبير العالي في ظل الظروف الجوية، ويمكن استخدامه لجميع العينات تقريبًا (مع متطلبات معينة لنعومة السطح)، دون الحاجة إلى معالجات تحضير العينات الأخرى، للحصول على -صور مورفولوجية ثلاثية الأبعاد لسطح العينة. ويمكنه إجراء حساب الخشونة أو السُمك أو عرض الخطوة أو الرسم التخطيطي أو تحليل حجم الجسيمات على الصورة المورفولوجية ثلاثية الأبعاد التي تم الحصول عليها من المسح.
يمكن لمجهر القوة الذرية اكتشاف العديد من العينات، وتوفير بيانات للأبحاث السطحية والتحكم في الإنتاج أو تطوير العمليات، والتي لا يمكن توفيرها بواسطة أجهزة قياس خشونة السطح المسحية التقليدية والمجاهر الإلكترونية.
1، المبادئ الأساسية
يستخدم مجهر القوة الذرية قوة التفاعل (القوة الذرية) بين سطح العينة وطرف مسبار دقيق لقياس شكل السطح.
يقع طرف المسبار على ناتئ مرن 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 نيوتن. يتم تركيز الضوء الصادر من الصمام الثنائي الليزري على الجزء الخلفي من الكابولي. عندما ينحني الكابولي تحت تأثير القوة، ينحرف الضوء المنعكس، ويتم استخدام كاشف ضوئي حساس للموضع لحرف الزاوية. 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 أفقية. 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- التي توفر تعليقات حول استجابة المسح في الكمبيوتر للمعالجة، مما يؤدي إلى صورة ملاحظة (صورة ثلاثية الأبعاد) لسطح العينة.
