Le principe de fonctionnement et les applications des microscopes à force atomique
1, 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 flexible 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 10-8N. La lumière de la diode laser est focalisée sur l’arrière du cantilever. Lorsque le porte-à-faux se plie sous l'action d'une force, la lumière réfléchie est déviée et un photodétecteur sensible à la position est utilisé pour dévier l'angle. 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 une précision horizontale. Généralement, lors du balayage détaillé de la surface de l'échantillon (axe XY), l'axe Z- contrôlé par le retour de déplacement du cantilever reste fixe et inchangé. Les valeurs de l'axe Z- qui fournissent des informations sur la réponse de numérisation sont entrées dans l'ordinateur pour traitement, ce qui donne lieu à une image d'observation (image 3D) de la surface de l'échantillon.
Caractéristiques de la microscopie à force atomique
1. La capacité de haute-résolution dépasse de loin celle des microscopes électroniques 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 destructive, 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 pas de 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, contrairement à la microscopie à force atomique.
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 des conditions de formation du film, la mesure du pas de taille des couches protectrices, l'évaluation de la planéité des films isolants intercouches, l'évaluation du revêtement VCD, l'évaluation du processus de traitement par friction des films orientés, l'analyse des défauts, etc.
4. Le logiciel dispose de fortes capacités de traitement et la taille d'affichage de l'image 3D, l'angle de vision, la couleur d'affichage et la brillance peuvent être librement définis. Et les affichages de réseau, de courbes de niveau et de lignes peuvent être sélectionnés. Gestion macro du traitement d'image, analyse de la forme et de la rugosité de la section transversale, analyse de la morphologie et autres fonctions.
