Rasterkraftmikroskope und ihre Anwendungen
Das Rasterkraftmikroskop ist ein Rastersondenmikroskop, das auf der Grundlage der Grundprinzipien des Rastertunnelmikroskops entwickelt wurde. Das Aufkommen der Rasterkraftmikroskopie spielte zweifellos eine treibende Rolle bei der Entwicklung der Nanotechnologie. Die Rastersondenmikroskopie, dargestellt durch Rasterkraftmikroskopie, ist eine Reihe von Mikroskopen, die mit einer kleinen Sonde die Oberfläche einer Probe abtasten und so eine Beobachtung mit hoher Vergrößerung ermöglichen. Rasterkraftmikroskopie-Scans können Informationen über den Oberflächenzustand verschiedener Arten von Proben liefern. Im Vergleich zu herkömmlichen Mikroskopen besteht der Vorteil der Rasterkraftmikroskopie darin, dass sie die Oberfläche von Proben bei hoher Vergrößerung unter atmosphärischen Bedingungen beobachten kann und für fast alle Proben (mit bestimmten Anforderungen an die Oberflächenglätte) verwendet werden kann, ohne dass andere Probenvorbereitungsbehandlungen erforderlich sind, um dreidimensionale Morphologiebilder der Probenoberfläche zu erhalten. Und es kann Rauheitsberechnungen, Dicken, Stufenbreiten, Blockdiagramme oder Partikelgrößenanalysen für das durch Scannen erhaltene dreidimensionale Morphologiebild durchführen.
Mithilfe der Rasterkraftmikroskopie lassen sich viele Proben erkennen und Daten für die Oberflächenforschung und Produktionskontrolle oder Prozessentwicklung liefern, die mit herkömmlichen Raster-Oberflächenrauheitsmessgeräten und Elektronenmikroskopen nicht bereitgestellt werden können.
1, Grundprinzipien
Die Rasterkraftmikroskopie nutzt die Wechselwirkungskraft (Atomkraft) zwischen der Oberfläche einer Probe und der Spitze einer feinen Sonde, um die Oberflächenmorphologie zu messen.
Die Sondenspitze befindet sich auf einem kleinen flexiblen Ausleger, und die Wechselwirkung, die entsteht, wenn die Sonde die Probenoberfläche berührt, wird in Form einer Auslenkung des Auslegers erfasst. Der Abstand zwischen der Probenoberfläche und der Sonde beträgt weniger als 3-4 nm und die zwischen ihnen gemessene Kraft beträgt weniger als 10-8 N. Das Licht der Laserdiode wird auf die Rückseite des Cantilevers fokussiert. Wenn sich der Ausleger unter Krafteinwirkung biegt, wird das reflektierte Licht abgelenkt und ein positionsempfindlicher Fotodetektor wird zur Ablenkung des Winkels verwendet. Anschließend werden die gesammelten Daten von einem Computer verarbeitet, um ein dreidimensionales Bild der Probenoberfläche zu erhalten.
Eine vollständige Auslegersonde wird auf der Oberfläche der Probe platziert, gesteuert von einem piezoelektrischen Scanner, und in drei Richtungen mit einer Schrittweite von 0,1 nm oder weniger in horizontaler Genauigkeit abgetastet. Im Allgemeinen bleibt beim detaillierten Scannen der Probenoberfläche (XY-Achse) die Z--Achse, die durch die Verschiebungsrückmeldung des Auslegers gesteuert wird, fest und unverändert. Die Z--Achsenwerte, die Feedback zur Scan-Reaktion geben, werden zur Verarbeitung in den Computer eingegeben, was zu einem Beobachtungsbild (3D-Bild) der Probenoberfläche führt.
