レーザー検出型原子間力顕微鏡
原子間力顕微鏡の基本原理は、弱い力に非常に敏感なマイクロカンチレバーの一端を固定し、もう一端には小さな針先を付けることです。針先がサンプル表面に軽く接触します。針の先端の原子と試料表面の原子との間には非常に弱い反発力があるため、定数を制御することで針の先端を備えたマイクロカンチレバーが変動し、試料表面に垂直な方向に移動します。スキャン中に力を加えます。光検出法やトンネル電流検出法を用いることにより、走査点に対応するマイクロカンチレバーの位置変化を計測することができ、試料の表面形態に関する情報を得ることができる。次に、一般的に使用されている走査型プローブ顕微鏡である原子間力顕微鏡 (レーザー AFM) を例に挙げて、その動作原理を詳しく説明します。
レーザーダイオードから発せられたレーザービームは、光学系を介してカンチレバーの背面に集光され、カンチレバーの背面から反射されてフォトダイオードで構成されるスポット位置検出器に到達します。サンプルの走査中、サンプル表面の原子とマイクロカンチレバープローブの先端の原子間の相互作用力により、マイクロカンチレバーはサンプルの表面形態に合わせて曲がり、変動し、反射ビームもシフトします。それに応じて。したがって、フォトダイオードを介して光スポットの位置の変化を検出することにより、試験サンプルの表面形態に関する情報を取得できます。
システムの検出とイメージングのプロセス全体を通じて、プローブと試験サンプル間の距離は常にナノメートル (10-9 メートル) レベルに維持されます。距離が大きすぎると試料表面の情報が得られなくなります。距離が小さすぎると、プローブと試験サンプルが損傷する可能性があります。フィードバックループの機能は、作業プロセス中にプローブからプローブサンプルの相互作用の強さを取得し、サンプルスキャナーの垂直方向に印加する電圧を変更して、サンプルを伸縮させ、距離を調整することです。プローブと試験サンプル間の相互作用の強さを制御し、フィードバック制御を実現します。したがって、フィードバック制御がこのシステムの中核となる動作メカニズムとなります。
このシステムはデジタルフィードバック制御ループを採用しています。ユーザーは、制御ソフトウェアのパラメータツールバーで基準電流、積分ゲイン、比例ゲインなどのいくつかのパラメータを設定することにより、フィードバックループの特性を制御できます。
原子間力顕微鏡は、絶縁体を含む固体材料の表面構造を研究するために使用される分析機器です。主に材料の表面形態、表面電位、摩擦力、粘弾性、I/V 曲線の測定に使用され、材料の表面特性を特徴付けるための強力な新しい機器です。さらに、ナノ操作や電気化学測定などの機能も備えています。
