原子間力顕微鏡の装置構造の特徴

原子間力顕微鏡の装置構造の特徴

原子間力顕微鏡 (AFM) システムでは、検出される力は原子間のファンデルワールス力です。 したがって、このシステムでは、原子間の力の変化を検出するために小さなカンチレバーが使用されます。 カンチレバーは通常、長さ 100 ～ 500 μm、厚さ約 500 nm ～ 5 μm のシリコンまたは窒化シリコンウェハから製造されます。 カンチレバーの上部には鋭い先端があり、サンプルと先端の間の相互作用力を検出するために使用されます。 微小なカンチレバーには長さ、幅、弾性率、先端形状などの仕様があり、これらの仕様は試料の特性や動作モードに応じて選択され、プローブの種類も異なります。

位置検出部

原子間力顕微鏡 (AFM) システムでは、針先とサンプルの間に相互作用があると、カンチレバーが揺れます。 マイクロカンチレバーの先端にレーザーを照射すると、カンチレバーの揺れにより反射光の位置も変化します。 変更され、オフセットが発生します。 システム全体では、レーザー スポット位置検出器を利用してオフセットを記録し、SPM コントローラーによる信号処理のための電気信号に変換します。

フィードバックシステム

原子間力顕微鏡（AFM）システムでは、レーザー検出器を介して信号が取り込まれた後、その信号はフィードバックシステムのフィードバック信号として、内部調整信号として使用され、通常行われるスキャンを駆動します。圧電セラミックチューブのこと。 装置を適切に動かし、サンプルと針先が一定の力を維持できるようにします。

要約する

AFM システムは、圧電セラミック チューブで作られたスキャナを使用して、微小なスキャン動作を正確に制御します。 圧電セラミックスは独特の性質を持った材料です。 圧電セラミックスの対称な両端に電圧を印加すると、圧電セラミックスは特定の方向に伸びたり縮んだりします。 伸びまたは縮む長さは、印加電圧の大きさに比例します。 つまり、圧電セラミックスの微小な伸縮を電圧を変えることで制御できるのです。 通常、X、Y、Z方向を表す3つの圧電セラミックブロックを三脚状に形成し、X方向とY方向の伸縮を制御することで探針を駆動して試料表面を走査するという目的を達成します。方向; 圧電セラミックスのZ方向の伸縮を制御することにより、プローブとサンプル間の距離を制御するという目的を達成します。

原子間力顕微鏡 (AFM) は、上記の 3 つの部分を組み合わせてサンプルの表面特性を表示します。原子間力顕微鏡 (AFM) システムでは、小さなカンチレバーを使用してチップとサンプルの間の相互作用を感知します。この力は、マイクロカンチレバーを揺動させ、レーザーを使用してカンチレバーの先端に光を照射します。 スイングが形成されると反射光の位置が変化し、オフセットが発生します。 このとき、レーザー検出器はオフセットを記録します。 このときの信号もフィードバックシステムに送られ、適切な調整が行われ、最終的にサンプルの表面特性が画像として表示されます。