Atomik Kuvvet Mikroskobunun Çalışma Prensibi ve Uygulamaları
Atomik kuvvet mikroskobu, taramalı tünelleme mikroskobunun temel prensiplerine 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 numunelerin yüzeyini yüksek büyütmede gözlemleyebilmesi ve numune yüzeyinin üç boyutlu morfoloji görüntülerini elde etmek için diğer numune hazırlama işlemlerine ihtiyaç duymadan hemen hemen tüm numuneler için (yüzey düzgünlüğü için belirli gereksinimlerle) kullanılabilmesidir. Tarama sonucu elde edilen üç boyutlu morfoloji görüntüsü üzerinde pürüzlülük hesabı, kalınlık, adım genişliği, blok diyagram veya parçacık boyutu analizi yapılabilmektedir.
Atomik kuvvet mikroskobu birçok numuneyi tespit edebilir, yüzey araştırması ve üretim kontrolü veya süreç geliştirme için veri sağlayabilir.
geleneksel taramalı yüzey pürüzlülük ölçerler ve elektron mikroskopları ile sağlanamaz.
1, Temel ilkeler
Atomik kuvvet mikroskobu, yüzey morfolojisini ölçmek için bir numunenin yüzeyi ile ince bir probun ucu arasındaki etkileşim kuvvetini (atomik kuvvet) kullanır.
Prob ucu küçük, esnek bir konsol üzerindedir ve prob numune yüzeyine temas ettiğinde oluşan etkileşim, konsol sapması şeklinde tespit edilir. Numune yüzeyi ile prob arasındaki mesafe 3-4nm'den azdır ve aralarında tespit edilen kuvvet 10-8N'den azdır. Lazer diyottan gelen ışık konsolun arkasına odaklanır. Konsol kuvvet etkisi altında büküldüğünde yansıyan ışık saptırılır ve açıyı saptırmak 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 yatay doğrulukta 0,1 nm veya daha az adım genişliğiyle üç yönde taranır. Genellikle numune yüzeyi ayrıntılı olarak taranırken (XY ekseni), konsolun yer değiştirme geri bildirimi tarafından kontrol edilen Z ekseni sabit ve değişmeden kalır. Tarama tepkisi hakkında geri bildirim sağlayan Z ekseni değerleri işlenmek üzere bilgisayara girilir ve bunun sonucunda numune yüzeyinin bir gözlem görüntüsü (3 boyutlu görüntü) elde edilir.
Atomik Kuvvet Mikroskobunun Özellikleri
1. Yüksek çözünürlük kapasitesi, taramalı elektron mikroskoplarının (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 ölçüm cihazlarının basıncından çok daha düşüktür. Bu nedenle numuneye zarar vermez ve taramalı elektron mikroskobunda elektron ışınının zarar görmesi sorunu yaşanmaz. Ek olarak, taramalı elektron mikroskobu iletken olmayan numuneler üzerinde kaplama işlemi gerektirirken atomik kuvvet mikroskobunda bu gerekli değildir.
3. Geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir ve yüzey gözlemi, boyut ölçümü, yüzey pürüzlülüğü ölçümü, parçacık boyutu analizi, çıkıntıların ve çukurların istatistiksel işlenmesi, film oluşum koşullarının değerlendirilmesi, koruyucu katmanların boyut adım ölçümü, ara katman yalıtım filmlerinin düzlük değerlendirmesi, VCD kaplama değerlendirmesi, yönlendirilmiş filmlerin sürtünme işlem sürecinin değerlendirilmesi, kusur analizi vb. için kullanılabilir.
4. Yazılımın güçlü işleme yetenekleri vardır ve 3D görüntü görüntüleme boyutu, görüntüleme açısı, ekran rengi ve parlaklığı serbestçe ayarlanabilir. Ağ, kontur çizgileri ve çizgi gösterimleri seçilebilir. Görüntü işlemenin makro yönetimi, kesit şekli ve pürüzlülük analizi, morfoloji analizi ve diğer işlevler.
