원자력 현미경의 작동 원리와 응용
원자력현미경(Atomic Force Microscopy)은 주사 터널링 현미경의 기본 원리를 바탕으로 개발된 주사 탐침 현미경이다. 원자력현미경의 출현은 의심할 여지없이 나노기술의 발전에 주도적인 역할을 했습니다. 원자간력현미경으로 대표되는 주사탐침현미경(Scanning Probe Microscopy)은 작은 탐침을 사용하여 시료의 표면을 스캔하여 고배율 관찰을 제공하는 일련의 현미경이다. 원자력 현미경 스캐닝은 다양한 유형의 샘플에 대한 표면 상태 정보를 제공할 수 있습니다. 기존 현미경과 비교하여 원자력 현미경의 장점은 대기 조건에서 시료의 표면을 고배율로 관찰할 수 있으며 다른 시료가 필요 없이 거의 모든 시료(표면 평활도에 대한 특정 요구 사항 포함)에 사용할 수 있다는 것입니다. 샘플 준비 과정을 통해 샘플 표면의 3차원 형태 이미지를 얻습니다. 그리고 스캐닝을 통해 얻은 3D 형태 이미지에 대해 거칠기 계산, 두께, 단차 폭, 블록 다이어그램 또는 입자 크기 분석을 수행할 수 있습니다.
원자력 현미경은 많은 샘플을 감지할 수 있으며 기존의 스캐닝 표면 거칠기 측정기와 전자현미경이 제공할 수 없는 표면 연구, 생산 제어 또는 공정 개발을 위한 데이터를 제공할 수 있습니다.
기본원리
원자힘 현미경은 시료 표면과 미세한 탐침 끝 사이의 상호 작용력(원자력)을 사용하여 표면 형태를 측정합니다.
프로브 팁은 작은 캔틸레버 위에 있으며, 프로브가 샘플 표면에 접촉할 때 발생하는 상호 작용은 캔틸레버 편향의 형태로 감지됩니다. 샘플 표면과 프로브 사이의 거리는 3-4 nm 미만이고, 둘 사이에서 감지된 힘은 10-8 N 미만입니다. 레이저 다이오드의 빛은 캔틸레버 뒷면에 집중됩니다. 힘의 작용으로 캔틸레버가 구부러지면 반사된 빛이 편향되고 위치 감지 광검출기가 편향 각도를 감지하는 데 사용됩니다. 그런 다음 수집된 데이터는 컴퓨터로 처리되어 샘플 표면의 3차원 이미지를 얻습니다.
완전한 캔틸레버 프로브를 압전 스캐너로 제어되는 샘플 표면에 배치하고 정확도가 0.1 nm 이하의 스텝 폭으로 세 방향으로 스캔합니다. 일반적으로 시료 표면을 자세히 스캔할 때(XY축) 캔틸레버의 변위 피드백에 의해 제어되는 Z축은 고정되어 변경되지 않습니다. 스캐닝 반응에 대한 피드백인 Z축 값은 처리를 위해 컴퓨터에 입력되어 샘플 표면의 관찰된 이미지(3D 이미지)가 생성됩니다.
원자력현미경의 특징
1. 고해상도 성능은 주사전자현미경(SEM) 및 광학 거칠기 측정기의 성능을 훨씬 능가합니다. 샘플 표면의 3차원 데이터는 연구, 생산 및 품질 검사에서 점점 더 미세한 요구 사항을 충족합니다.
2. 비파괴적이며 프로브와 샘플 표면 사이의 상호 작용력은 10-8N 미만이며 이는 기존 스타일러스 거칠기 측정기의 압력보다 훨씬 낮습니다. 따라서 시료가 손상되지 않으며 주사전자현미경에서 전자빔 손상 문제도 발생하지 않습니다. 또한, 주사전자현미경은 비전도성 시료에 대한 코팅 처리가 필요한 반면, 원자력현미경은 이를 필요로 하지 않습니다.
3. 응용 범위가 넓어 표면 관찰, 크기 측정, 표면 거칠기 측정, 입자 크기 분석, 돌기 및 피트의 통계 처리, 성막 상태 평가, 보호층의 크기 단계 측정, 표면의 평탄도 평가에 사용할 수 있습니다. 층간 절연막, VCD 코팅 평가, 배향막의 마찰 처리 공정 평가, 결함 분석 등
4. 소프트웨어는 강력한 처리 기능을 갖추고 있으며 3D 이미지 디스플레이는 크기, 원근감, 디스플레이 색상 및 광택을 자유롭게 설정할 수 있습니다. 그리고 네트워크, 등고선, 선 표시를 선택할 수 있습니다. 이미지 처리의 매크로 관리, 단면 형상 및 거칠기 분석, 형태 분석 및 기타 기능.
