مبدأ عمل مجهر القوة الذرية وتطبيقاته
مجهر القوة الذرية هو مجهر مسبار مسح تم تطويره وفقًا للمبدأ الأساسي لمجهر المسح النفقي. لقد لعب ظهور مجهر القوة الذرية بلا شك دورًا رائدًا في تطوير تكنولوجيا النانو. المجهر المسباري الماسح، الذي يمثله مجهر القوة الذرية، هو مصطلح عام لسلسلة من المجاهر التي تستخدم مسبارًا صغيرًا لمسح سطح العينة، وبالتالي توفير ملاحظات تكبير عالية. توفر عمليات مسح AFM معلومات حول الحالة السطحية لأنواع مختلفة من العينات. بالمقارنة مع المجاهر التقليدية، فإن ميزة AFM هي أنه يمكن استخدامه لمراقبة سطح العينة عند التكبير العالي في ظل الظروف الجوية، ويمكن استخدامه لجميع العينات تقريبًا (مع متطلبات معينة لإنهاء السطح) دون الحاجة إلى أي تحضير عينة أخرى للحصول على صورة طبوغرافية ثلاثية الأبعاد لسطح العينة. يمكن استخدام الصورة ثلاثية الأبعاد الممسوحة ضوئيًا لحساب الخشونة أو السُمك أو عرض الخطوة أو مخطط الصندوق أو تحليل التفاصيل.
يمكن لمجهر القوة الذرية فحص العديد من العينات، وتوفير بيانات للدراسات السطحية والتحكم في الإنتاج أو تطوير العملية التي لا تستطيع أجهزة قياس خشونة السطح المسح التقليدية والمجاهر الإلكترونية توفيرها.
المبدأ الأساسي
يستخدم مجهر القوة الذرية قوة التفاعل (القوة الذرية) بين سطح عينة الاختبار وطرف المسبار الدقيق لقياس تضاريس السطح.
يقع طرف المسبار على ناتئ صغير، وعندما يلمس المسبار سطح العينة، يتم الكشف عن التفاعل الناتج 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 القوة، ينحرف الضوء المنعكس، باستخدام زاوية انحراف كاشف ضوئي حساسة للبت. تتم بعد ذلك معالجة البيانات المجمعة بواسطة الكمبيوتر للحصول على صورة ثلاثية الأبعاد لسطح العينة.
يتم مسح مسبار ناتئ كامل، موضوع على سطح العينة تحت سيطرة ماسح ضوئي كهرضغطي، في ثلاثة اتجاهات بخطوات تبلغ 0.1 نانومتر أو أقل على مستوى الدقة. بشكل عام، يتم الاحتفاظ بإزاحة الكابولي ثابتة تحت تأثير المحور Z للتحكم في التغذية المرتدة حيث يتم مسح سطح العينة بالتفصيل (المحور XY). استجابة للمسح، يتم إدخال قيمة المحور Z المرتدة في معالجة الكمبيوتر، مما يؤدي إلى ملاحظة صورة سطح العينة (صورة ثلاثية الأبعاد).
مميزات مجهر القوة الذرية
1. قدرة الدقة العالية تتجاوز بكثير المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وكذلك أداة الخشونة البصرية. بيانات ثلاثية الأبعاد على سطح العينة لتلبية متطلبات البحث والإنتاج وفحص الجودة المجهرية بشكل متزايد.
2. قوة التفاعل السطحي غير المدمرة للمسبار والعينة تبلغ 10-8N أو أقل، أقل بكثير من ضغط أداة خشونة القلم السابقة، لذلك لن يكون هناك أي ضرر للعينة، ولا يوجد شعاع إلكتروني للمجهر الإلكتروني الماسح ضرر. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب المجهر الإلكتروني الماسح أن تكون العينات غير موصلة للكهرباء، في حين أن مجهر القوة الذرية غير مطلوب.
3. مجموعة واسعة من التطبيقات، يمكن استخدامها لمراقبة السطح، وتحديد الحجم، وتحديد خشونة السطح، وتحليل التفاصيل، ونتوءات وحفر المعالجة الإحصائية، وتقييم ظروف تشكيل الفيلم، وحجم الطبقة الواقية لتحديد الخطوة، تقييم تسطيح الطبقة العازلة للطبقة البينية، تقييم طلاء VCD، تقييم معالجة الاحتكاك لعملية الفيلم الاتجاهي، تحليل العيوب.
4. وظائف معالجة البرامج القوية، تعرض صورتها ثلاثية الأبعاد حجمها، وزاوية العرض، ولون العرض، ويمكن ضبط اللمعان بحرية. ويمكن اختيار الشبكة، والكفاف، وعرض الخط. الإدارة الكلية لمعالجة الصور وشكل القسم وتحليل الخشونة والتحليل المورفولوجي وغيرها من الوظائف.
