레이저 검출 원자력 현미경
원자력 현미경의 기본 원리는 약한 힘에 극도로 민감한 마이크로 캔틸레버의 한쪽 끝을 고정하고, 다른 쪽 끝은 작은 바늘 끝을 가지고 있는 것입니다. 바늘 끝이 시료 표면에 가볍게 닿습니다. 바늘 끝에 있는 원자와 시료 표면에 있는 원자 사이의 반발력이 매우 약하기 때문에 바늘 끝이 달린 마이크로 캔틸레버는 일정한 값을 제어하여 시료 표면에 수직인 방향으로 요동하면서 이동하게 됩니다. 스캔하는 동안 힘을 가합니다. 광학적 검출 또는 터널링 전류 검출 방법을 사용하여 스캐닝 지점에 해당하는 마이크로 캔틸레버의 위치 변화를 측정하여 시료의 표면 형태에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 다음으로, 일반적으로 사용되는 주사 탐침 현미경 제품군인 원자현미경(레이저 AFM)을 예로 들어 작동 원리를 자세히 설명하겠습니다.
레이저 다이오드에서 방출된 레이저 빔은 광학계를 통해 캔틸레버 뒷면에 집속되고, 캔틸레버 뒷면에서 반사되어 포토다이오드로 구성된 스폿 위치 검출기에 도달합니다. 샘플 스캐닝 중에 샘플 표면의 원자와 마이크로 캔틸레버 프로브 팁의 원자 사이의 상호 작용력으로 인해 마이크로 캔틸레버는 샘플의 표면 형태에 따라 구부러지고 변동되며 반사된 빔도 이동합니다. 따라서. 따라서 포토다이오드를 통해 광반의 위치 변화를 감지함으로써 테스트 샘플의 표면 형태에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
시스템 감지 및 이미징의 전체 프로세스에서 프로브와 테스트 샘플 사이의 거리는 항상 나노미터(10-9미터) 수준으로 유지됩니다. 거리가 너무 멀면 시료 표면의 정보를 얻을 수 없습니다. 거리가 너무 작으면 프로브와 테스트 샘플이 손상됩니다. 피드백 루프의 기능은 작업 과정에서 프로브에서 프로브 샘플 상호 작용의 강도를 얻고 샘플 스캐너의 수직 방향에 적용되는 전압을 변경하여 샘플을 확장 및 수축시키고 거리를 조정하는 것입니다. 프로브와 테스트 샘플 사이에서 프로브 샘플 상호 작용의 강도를 제어하여 피드백 제어를 달성합니다. 따라서 피드백 제어는 이 시스템의 핵심 작동 메커니즘입니다.
이 시스템은 디지털 피드백 제어 루프를 채택합니다. 사용자는 제어 소프트웨어의 매개변수 도구 모음에서 기준 전류, 적분 이득, 비례 이득과 같은 여러 매개변수를 설정하여 피드백 루프의 특성을 제어할 수 있습니다.
원자력 현미경은 절연체를 포함한 고체 물질의 표면 구조를 연구하는 데 사용되는 분석 장비입니다. 주로 재료의 표면 형태, 표면 전위, 마찰력, 점탄성 및 I/V 곡선을 측정하는 데 사용되며 재료의 표면 특성을 특성화하기 위한 강력하고 새로운 도구입니다. 또한 이 장비에는 나노 조작 및 전기화학 측정과 같은 기능도 있습니다.
