Das Funktionsprinzip und die Anwendungen von Rasterkraftmikroskopen
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 liefern, werden zur Verarbeitung in den Computer eingegeben, was zu einem Beobachtungsbild (3D-Bild) der Probenoberfläche führt.
Eigenschaften der Rasterkraftmikroskopie
1. Die hohe Auflösung übertrifft bei weitem die von Rasterelektronenmikroskopen (REM) und optischen Rauheitsmessgeräten. 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. Daher wird die Probe nicht beschädigt und es gibt kein Problem der Elektronenstrahlschädigung bei der Rasterelektronenmikroskopie. Darüber hinaus erfordert die Rasterelektronenmikroskopie eine Beschichtungsbehandlung auf nichtleitenden Proben, während dies bei der Rasterkraftmikroskopie nicht der Fall ist.
3. Es verfügt über ein breites Anwendungsspektrum und kann zur Oberflächenbeobachtung, Größenmessung, Oberflächenrauheitsmessung, Partikelgrößenanalyse, statistischen Verarbeitung von Vorsprüngen und Vertiefungen, Bewertung von Filmbildungsbedingungen, Größenschrittmessung von Schutzschichten, Ebenheitsbewertung von Zwischenschicht-Isolierfilmen, VCD-Beschichtungsbewertung, Bewertung des Reibungsbehandlungsprozesses orientierter Filme, Fehleranalyse usw. verwendet werden.
4. Die Software verfügt über starke Verarbeitungsfunktionen und die Anzeigegröße, der Betrachtungswinkel, die Anzeigefarbe und der Glanz des 3D-Bildes können frei eingestellt werden. Außerdem können Netzwerk-, Höhenlinien- und Liniendarstellungen ausgewählt werden. Makroverwaltung der Bildverarbeitung, Analyse der Querschnittsform und -rauheit, Morphologieanalyse und andere Funktionen.
