El principio de funcionamiento y la aplicación de la microscopía de fuerza atómica.
La microscopía de fuerza atómica es un microscopio de sonda de barrido desarrollado sobre la base del principio básico de la microscopía de efecto túnel. Sin duda, la aparición de la microscopía de fuerza atómica jugó un papel impulsor en el desarrollo de la nanotecnología. La microscopía de sonda de barrido, representada por la microscopía de fuerza atómica, es una serie de microscopios que utilizan una pequeña sonda para escanear la superficie de una muestra, proporcionando una observación con gran aumento. El escaneo por microscopía de fuerza atómica puede proporcionar información sobre el estado de la superficie de varios tipos de muestras. En comparación con los microscopios convencionales, la ventaja de la microscopía de fuerza atómica es que puede observar la superficie de la muestra con gran aumento en condiciones atmosféricas y puede usarse para casi todas las muestras (con ciertos requisitos de suavidad de la superficie), sin necesidad de otros Procesos de preparación de muestras, para obtener una imagen morfológica tridimensional de la superficie de la muestra. Y puede realizar cálculos de rugosidad, espesor, ancho de paso, diagrama de bloques o análisis del tamaño de partículas en las imágenes de morfología 3D obtenidas del escaneo.
La microscopía de fuerza atómica puede detectar muchas muestras y proporcionar datos para la investigación de superficies, el control de producción o el desarrollo de procesos, que los medidores de rugosidad de superficies de barrido convencionales y los microscopios electrónicos no pueden proporcionar.
Principios básicos
La microscopía de fuerza atómica utiliza la fuerza de interacción (fuerza atómica) entre la superficie de una muestra y la punta de una sonda fina para medir la morfología de la superficie.
La punta de la sonda está en un pequeño voladizo y la interacción generada cuando la sonda entra en contacto con la superficie de la muestra se detecta en forma de desviación del voladizo. La distancia entre la superficie de la muestra y la sonda es inferior a 3-4 nm y la fuerza detectada entre ellas es inferior a 10-8 N. La luz del diodo láser se enfoca en la parte posterior del voladizo. Cuando el voladizo se dobla bajo la acción de una fuerza, la luz reflejada se desvía y se utiliza un fotodetector sensible a la posición para detectar el ángulo de deflexión. Luego, los datos recopilados son procesados por una computadora para obtener una imagen tridimensional de la superficie de la muestra.
Se coloca una sonda en voladizo completa sobre la superficie de la muestra controlada por un escáner piezoeléctrico y se escanea en tres direcciones con un ancho de paso de 0.1 nm o menos de precisión. Generalmente, al escanear la superficie de la muestra en detalle (eje XY), el eje Z controlado por la retroalimentación de desplazamiento del voladizo se mantiene fijo y sin cambios. Los valores del eje Z, que son retroalimentación de la respuesta de escaneo, se ingresan en la computadora para su procesamiento, lo que da como resultado una imagen observada (imagen 3D) de la superficie de la muestra.
Las características de la microscopía de fuerza atómica.
1. La capacidad de alta resolución supera con creces la de la microscopía electrónica de barrido (SEM) y los medidores de rugosidad ópticos. Los datos tridimensionales de la superficie de la muestra cumplen con los requisitos cada vez más microscópicos de la investigación, la producción y la inspección de calidad.
2. No destructivo, la fuerza de interacción entre la sonda y la superficie de la muestra está por debajo de 10-8N, que es mucho menor que la presión de los rugosímetros de lápiz tradicionales. Por lo tanto, no dañará la muestra y no existe ningún problema de daño del haz de electrones en la microscopía electrónica de barrido. Además, la microscopía electrónica de barrido requiere un tratamiento de recubrimiento sobre muestras no conductoras, mientras que la microscopía de fuerza atómica no lo requiere.
3. Tiene una amplia gama de aplicaciones y se puede utilizar para observación de superficies, medición de tamaños, medición de rugosidad de superficies, análisis de tamaño de partículas, procesamiento estadístico de protuberancias y hoyos, evaluación de condiciones de formación de películas, medición de pasos de tamaño de capas protectoras, evaluación de planitud de películas aislantes entre capas, evaluación de recubrimientos VCD, evaluación del proceso de tratamiento de fricción de películas orientadas, análisis de defectos, etc.
4. El software tiene sólidas capacidades de procesamiento y su visualización de imágenes 3D puede configurar libremente su tamaño, perspectiva, color de visualización y brillo. Y se pueden seleccionar redes, líneas de contorno y visualizaciones de líneas. Gestión de macros en procesamiento de imágenes, análisis de forma y rugosidad de secciones transversales, análisis de morfología y otras funciones.
