Das Funktionsprinzip und die Anwendung der Rasterkraftmikroskopie
Die Rasterkraftmikroskopie ist ein Rastersondenmikroskop, das auf dem Grundprinzip der Rastertunnelmikroskopie basiert. 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 der Probe bei hoher Vergrößerung unter atmosphärischen Bedingungen beobachten kann und für fast alle Proben (mit bestimmten Anforderungen an die Oberflächenglätte) verwendet werden kann, ohne dass weitere Hilfsmittel erforderlich sind Probenvorbereitungsprozesse, um ein dreidimensionales Morphologiebild der Probenoberfläche zu erhalten. Und kann anhand der durch Scannen gewonnenen 3D-Morphologiebilder Rauheitsberechnungen, Dicken, Stufenbreiten, Blockdiagramme oder Partikelgrößenanalysen durchführen.
Die Rasterkraftmikroskopie kann viele Proben erkennen und Daten für die Oberflächenforschung, Produktionskontrolle oder Prozessentwicklung liefern, die herkömmliche Raster-Oberflächenrauheitsmessgeräte und Elektronenmikroskope nicht liefern können.
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 Ausleger und die Wechselwirkung, die entsteht, wenn die Sonde die Oberfläche der Probe 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 Auslegers fokussiert. Wenn der Ausleger unter Krafteinwirkung gebogen wird, wird das reflektierte Licht abgelenkt und ein positionsempfindlicher Fotodetektor wird verwendet, um den Ablenkungswinkel zu erfassen. 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 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-Achsen-Werte, die eine Rückmeldung zur Scan-Reaktion darstellen, werden zur Verarbeitung in den Computer eingegeben, wodurch ein beobachtetes Bild (3D-Bild) der Probenoberfläche entsteht.
Die Eigenschaften der Rasterkraftmikroskopie
1. Die hohe Auflösungsfähigkeit übertrifft die der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und optischen Rauheitsmessgeräte bei weitem. Die dreidimensionalen Daten auf der Oberfläche der Probe erfüllen die zunehmend mikroskopischen Anforderungen von Forschung, Produktion und Qualitätsprüfung.
2. Zerstörungsfrei, die Wechselwirkungskraft zwischen der Sonde und der Probenoberfläche liegt unter 10-8N, was viel niedriger ist als der Druck herkömmlicher Stiftrauheitsmessgeräte. Dadurch wird die Probe nicht beschädigt und es gibt bei der Rasterelektronenmikroskopie kein Problem mit der Beschädigung durch Elektronenstrahlen. Darüber hinaus erfordert die Rasterelektronenmikroskopie eine Beschichtungsbehandlung auf nichtleitenden Proben, während dies bei der Rasterkraftmikroskopie nicht erforderlich ist.
3. Es hat ein breites Anwendungsspektrum und kann zur Oberflächenbeobachtung, Größenmessung, Oberflächenrauheitsmessung, Partikelgrößenanalyse, statistischen Verarbeitung von Vorsprüngen und Vertiefungen, Bewertung des Filmbildungszustands, Größenschrittmessung von Schutzschichten und Ebenheitsbewertung von verwendet werden Zwischenschicht-Isolierfilme, VCD-Beschichtungsbewertung, Reibungsbehandlungsprozessbewertung orientierter Filme, Fehleranalyse usw.
4. Die Software verfügt über starke Verarbeitungsfunktionen und die 3D-Bildanzeige kann in Größe, Perspektive, Anzeigefarbe und Glanz frei eingestellt werden. Außerdem können Netzwerk-, Höhenlinien- und Liniendarstellungen ausgewählt werden. Makromanagement in der Bildverarbeitung, Analyse von Querschnittsform und -rauheit, Morphologieanalyse und andere Funktionen.
