Le principe de fonctionnement et l'application de la microscopie à force atomique
La microscopie à force atomique est un microscope à sonde à balayage développé sur la base du principe de base de la microscopie à effet tunnel. L’émergence de la microscopie à force atomique a sans aucun doute joué un rôle moteur dans le développement des nanotechnologies. La microscopie à sonde à balayage, représentée par la microscopie à force atomique, est une série de microscopes qui utilisent une petite sonde pour scanner la surface d'un échantillon, fournissant ainsi une observation à fort grossissement. L'analyse par microscopie à force atomique peut fournir des informations sur l'état de surface de différents types d'échantillons. Par rapport aux microscopes conventionnels, l'avantage de la microscopie à force atomique est qu'elle peut observer la surface de l'échantillon à fort grossissement dans des conditions atmosphériques et peut être utilisée pour presque tous les échantillons (avec certaines exigences de douceur de surface), sans avoir besoin d'autres processus de préparation d'échantillons, pour obtenir une image morphologique tridimensionnelle de la surface de l'échantillon. Et peut effectuer un calcul de rugosité, d'épaisseur, de largeur de pas, un diagramme fonctionnel ou une analyse de la taille des particules sur les images morphologiques 3D obtenues par numérisation.
La microscopie à force atomique peut détecter de nombreux échantillons et fournir des données pour la recherche sur les surfaces, le contrôle de la production ou le développement de processus, ce que les rugosimètres à balayage et les microscopes électroniques classiques ne peuvent pas fournir.
Principes de base
La microscopie à force atomique utilise la force d'interaction (force atomique) entre la surface d'un échantillon et la pointe d'une sonde fine pour mesurer la morphologie de la surface.
La pointe de la sonde se trouve sur un petit porte-à-faux et l'interaction générée lorsque la sonde entre en contact avec la surface de l'échantillon est détectée sous la forme d'une déviation en porte-à-faux. La distance entre la surface de l'échantillon et la sonde est inférieure à 3-4 nm et la force détectée entre eux est inférieure à 10-8 N. La lumière de la diode laser est focalisée sur l'arrière du porte-à-faux. Lorsque le porte-à-faux est plié sous l'action d'une force, la lumière réfléchie se dévie et un photodétecteur sensible à la position est utilisé pour détecter l'angle de déflexion. Ensuite, les données collectées sont traitées par un ordinateur pour obtenir une image tridimensionnelle de la surface de l'échantillon.
Une sonde en porte-à-faux complète est placée sur la surface de l'échantillon contrôlée par un scanner piézoélectrique et balayée dans trois directions avec une largeur de pas de 0,1 nm ou moins avec précision. Généralement, lors du balayage détaillé de la surface de l'échantillon (axe XY), l'axe Z contrôlé par le retour de déplacement du porte-à-faux reste fixe et inchangé. Les valeurs de l'axe Z, qui sont un retour d'information sur la réponse de numérisation, sont entrées dans l'ordinateur pour traitement, ce qui donne lieu à une image observée (image 3D) de la surface de l'échantillon.
Les caractéristiques de la microscopie à force atomique
1. La capacité de haute résolution dépasse de loin celle de la microscopie électronique à balayage (MEB) et des rugosimètres optiques. Les données tridimensionnelles à la surface de l'échantillon répondent aux exigences de plus en plus microscopiques de la recherche, de la production et du contrôle qualité.
2. Non destructif, la force d'interaction entre la sonde et la surface de l'échantillon est inférieure à 10-8N, ce qui est bien inférieur à la pression des rugosimètres à stylet traditionnels. Par conséquent, cela n’endommagera pas l’échantillon et il n’y a aucun problème de dommage par faisceau d’électrons en microscopie électronique à balayage. De plus, la microscopie électronique à balayage nécessite un traitement de revêtement sur des échantillons non conducteurs, alors que la microscopie à force atomique ne l'exige pas.
3. Il a un large éventail d'applications et peut être utilisé pour l'observation de surface, la mesure de la taille, la mesure de la rugosité de surface, l'analyse de la taille des particules, le traitement statistique des saillies et des piqûres, l'évaluation de l'état de formation du film, la mesure du pas de taille des couches de protection, l'évaluation de la planéité de films isolants intercalaires, évaluation du revêtement VCD, évaluation du processus de traitement par friction des films orientés, analyse des défauts, etc.
4. Le logiciel dispose de fortes capacités de traitement et son affichage d'image 3D peut définir librement sa taille, sa perspective, sa couleur d'affichage et sa brillance. Et les affichages de réseau, de courbes de niveau et de lignes peuvent être sélectionnés. Gestion des macros dans le traitement d'images, analyse de la forme et de la rugosité des sections transversales, analyse de la morphologie et autres fonctions.
