Atomik kuvvet mikroskobunun çalışma prensibi ve uygulaması
Atomik kuvvet mikroskobu, taramalı tünelleme mikroskobunun temel prensibine dayanarak geliştirilmiş bir taramalı prob mikroskobudur. Atomik kuvvet mikroskobunun ortaya çıkışı şüphesiz nanoteknolojinin gelişmesinde itici bir rol oynamıştır. Atomik kuvvet mikroskobu ile temsil edilen taramalı prob mikroskobu, bir numunenin yüzeyini taramak için küçük bir prob kullanan ve yüksek büyütmeli gözlem sağlayan bir dizi mikroskoptur. Atomik kuvvet mikroskobu taraması, çeşitli numune türlerinin yüzey durumu bilgilerini sağlayabilir. Geleneksel mikroskoplarla karşılaştırıldığında atomik kuvvet mikroskobunun avantajı, atmosferik koşullar altında numunenin yüzeyini yüksek büyütmede gözlemleyebilmesi ve hemen hemen tüm numuneler için (yüzey düzgünlüğü için belirli gereksinimlerle) başka bir şeye ihtiyaç duymadan kullanılabilmesidir. Numune yüzeyinin üç boyutlu morfolojik görüntüsünü elde etmek için numune hazırlama işlemleri. Taramadan elde edilen 3 boyutlu morfoloji görüntüleri üzerinde pürüzlülük hesaplaması, kalınlık, adım genişliği, blok diyagram veya parçacık boyutu analizi yapılabilir.
Atomik kuvvet mikroskobu birçok numuneyi tespit edebilir ve geleneksel taramalı yüzey pürüzlülüğü ölçüm cihazlarının ve elektron mikroskoplarının sağlayamadığı yüzey araştırması, üretim kontrolü veya süreç geliştirme için veri sağlayabilir.
Temel İlkeler
Atomik kuvvet mikroskobu, yüzey morfolojisini ölçmek için bir numunenin yüzeyi ile ince bir probun ucu arasındaki etkileşim kuvvetini (atomik kuvvet) kullanır.
Prob ucu küçük bir konsol üzerindedir ve prob numunenin yüzeyine temas ettiğinde oluşan etkileşim, konsol sapması şeklinde tespit edilir. Numune yüzeyi ile prob arasındaki mesafe 3-4 nm'den azdır ve aralarında tespit edilen kuvvet 10-8 N'den azdır. Lazer diyottan gelen ışık konsolun arkasına odaklanır. Konsol kuvvet etkisi altında büküldüğünde yansıyan ışık sapar ve sapma açısını tespit etmek için konuma duyarlı bir fotodetektör kullanılır. Daha sonra toplanan veriler bir bilgisayar tarafından işlenerek numune yüzeyinin üç boyutlu görüntüsü elde edilir.
Tam bir konsol probu, bir piezoelektrik tarayıcı tarafından kontrol edilen numunenin yüzeyine yerleştirilir ve doğrulukta 0,1 nm veya daha az adım genişliğiyle üç yönde taranır. Genel olarak numune yüzeyi ayrıntılı olarak taranırken (XY ekseni), konsolun yer değiştirme geri beslemesi tarafından kontrol edilen Z ekseni sabit tutulur ve değiştirilmez. Tarama tepkisine geri bildirim olan Z ekseni değerleri, işlenmek üzere bilgisayara girilir ve numune yüzeyinin gözlemlenen bir görüntüsü (3 boyutlu görüntü) elde edilir.
Atomik kuvvet mikroskobunun özellikleri
1. Yüksek çözünürlük kapasitesi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik pürüzlülük ölçerlerinkini çok aşmaktadır. Numunenin yüzeyindeki üç boyutlu veriler, araştırma, üretim ve kalite denetiminin giderek artan mikroskobik gereksinimlerini karşılar.
2. Tahribatsız, prob ile numune yüzeyi arasındaki etkileşim kuvveti 10-8N'nin altındadır; bu, geleneksel prob ucu pürüzlülük ölçerlerin basıncından çok daha düşüktür. Bu nedenle numuneye zarar vermez ve taramalı elektron mikroskobunda elektron ışınının zarar görmesi sorunu yaşanmaz. Ayrıca taramalı elektron mikroskobu iletken olmayan numuneler üzerinde kaplama işlemi gerektirirken atomik kuvvet mikroskobu bunu gerektirmez.
3. Geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir ve yüzey gözlemi, boyut ölçümü, yüzey pürüzlülüğü ölçümü, parçacık boyutu analizi, çıkıntıların ve çukurların istatistiksel işlenmesi, film oluşumu durumunun değerlendirilmesi, koruyucu katmanların boyut adımı ölçümü, düzlük değerlendirmesi için kullanılabilir. ara katman yalıtım filmleri, VCD kaplama değerlendirmesi, yönlendirilmiş filmlerin sürtünme işlem prosesi değerlendirmesi, kusur analizi vb.
4. Yazılımın güçlü işleme yetenekleri vardır ve 3D görüntü ekranı, boyutunu, perspektifini, ekran rengini ve parlaklığını serbestçe ayarlayabilir. Ağ, kontur çizgileri ve çizgi gösterimleri seçilebilir. Görüntü işlemede makro yönetimi, kesit şekli ve pürüzlülük analizi, morfoloji analizi ve diğer işlevler.
