El principio de funcionamiento y las aplicaciones de los microscopios de fuerza atómica
1, 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 flexible 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 desviar el ángulo. 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 con precisión horizontal. Generalmente, al escanear la superficie de la muestra en detalle (eje XY), el eje Z-controlado por la retroalimentación de desplazamiento del voladizo permanece fijo y sin cambios. Los valores del eje Z-que proporcionan retroalimentación sobre la respuesta de escaneo se ingresan en la computadora para su procesamiento, lo que da como resultado una imagen de observación (imagen 3D) de la superficie de la muestra.
Características de la microscopía de fuerza atómica
1. La capacidad de alta-resolución supera con creces la de los microscopios electrónicos de barrido (SEM) y los medidores de rugosidad ópticos. Los datos tridimensionales-en 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 es inferior a 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 por haz de electrones en la microscopía electrónica de barrido. Además, la microscopía electrónica de barrido requiere un tratamiento de recubrimiento en muestras no conductoras, mientras que la microscopía de fuerza atómica no.
3. Tiene una amplia gama de aplicaciones y puede usarse para observación de superficies, medición de tamaño, medición de rugosidad de superficies, análisis de tamaño de partículas, procesamiento estadístico de protuberancias y picaduras, 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 recubrimiento VCD, evaluación del proceso de tratamiento de fricción de películas orientadas, análisis de defectos, etc.
4. El software tiene sólidas capacidades de procesamiento y el tamaño de visualización de imágenes 3D, el ángulo de visión, el color de visualización y el brillo se pueden configurar libremente. Y se pueden seleccionar redes, líneas de contorno y visualizaciones de líneas. Gestión macro del procesamiento de imágenes, análisis de -forma y rugosidad de la sección transversal, análisis de morfología y otras funciones.
