| TappingMode 화상 진찰은 연약하고, 접착성 또는 허약한 견본의 원자 (AFM) 군대 현미경 검사법에 있는 중요한 어드밴스입니다. 이 특허가 주어진 기술은 그밖 AFM 기술로 쉽게, 그들의 기질에 느슨하게 붙들어, 또는 심상에 다르게 어려운 손상을 입히는 견본 표면의 고해상 지형도 작성 화상 진찰을 허용합니다. 특히, TappingMode는 마찰, 접착, 정전기힘 및 전통적인 AFM 스캐닝 방법을 괴롭힐 수 있는 그밖 어려움과 관련되었던 문제를 극복합니다. 기술은 다양한 견본의 고해상 화상 진찰을 위해 극단적으로 성공을을 포함하여 증명했습니다: - 실리콘 박편 표면
- 박막
- 금속과 절연체
- 감광저항
- 중합체
- 생물학 견본
- 그리고 수많은 그 외.
숫자 1. telopeptides 없는 순화된 교원질 단위체와 올리고머 분자의 TappingMode 심상. 이 표면이 TappingMode에 의하여 화상 진찰에게 대기 또는 액체에서 일상에게 하고 AFM 기술에 있는 중요한 어드밴스를 나타냅니다. 2개의 전통적인 스캐닝 최빈값 - 접촉형과 비접촉형 물자의 범위를 위해 다양한 성공과 함께 -는 얼마 동안 사용되었습니다. 각각에는 아래에서 토론되고 TappingMode 스캐닝과 대조되는 제한이 있습니다. 재래적방법 전통적인 접촉형 AFM에서 (숫자 2)는 표면을 통해, 탐사기 끝 단순히 드래그됩니다 유래 심상은 견본의 표면의 지형 지도입니다. 이 기술은 많은 견본을 위해 아주 성공의 동안, 몇몇 심각한 결점이 있습니다. 끝과 표면 사이 접착성 군대와 결합된 탐사기 끝의 드래그 움직임은, 견본 둘 다에 대피해를 초래하고 이미지 데이터에 있는 인공물을 시험하고 만들 수 있습니다. 
접촉형, 비접촉형 및 TappingMode 스캐닝의 숫자 2. 비교 기술. (남겨두는) 접촉형 화상 진찰은 견본을 손상하고 이미지 데이터를 왜곡할 수 있는 마찰과 접착성 군대에 의해 몹시 좌우됩니다. 몸의 접촉이 없는 화상 진찰 (센터)는 일반적으로 낮은 해결책을 제공하고 또한 진동과 충돌할 수 있는 오염물질 층에 의해 방해될 수 있습니다. (맞은) TappingMode 화상 진찰은 충분한 진폭에 간헐적으로 표면을 접촉하고 오염물질 층에서 접착성 초승달 모양 군대에 의해 덫을 놓기에서 끝을 방지하기 위하여 전류를 고주파로 변환시켜서 쓸림힘을 삭제합니다. 심상의 밑에 도표는 확률이 높은 이미지 데이터를 나타내 3개의 기술에서 유래하. 대기 상태 하에서, 대부분의 표면은 전형적으로 두껍게 몇몇 나노미터인 흡착된 가스 (압축된 수증기 및 그밖 오염물질)의 층에 의해 포함됩니다. 스캐닝 끝이 이 층을 만질 때, 모세관 작용은 초승달 모양이 형성하는 원인이 되고 표면 장력은 층 (숫자 3)로 외팔보를 아래로 당깁니다. 끝 및 견본에 덫을 놓은 정전하는 추가 접착성 군대를 기여할 수 있습니다. 이들은 스캐닝 움직임에 의하여 내려가는 군대 견본에 전반적인 군대를, 일어난 옆 전단력과 결합될 때 증가하고, 측정 데이터를 왜곡하고 지상 특징의 운동 찢기를 포함하여 견본에 가혹한 손상을, 초래할 수 있습니다. 
숫자 3. 접촉 AFM에서는, 흡착된 가스 층에서 정전기 그리고/또는 표면 장력 군대는 표면으로 스캐닝 끝을 당깁니다. 몇몇 연구원은 액체에서 가라앉힌 견본을 가진 작동 AFMs에 의해 접착성 군대와 관련되었던 문제를 극복했습니다. 액체에서 검사할 때, 접촉형에 있는 전반적인 군대는 유동성 층/초승달 모양이 나타나고 정전기힘이 낭비되기 가려지기 수 있기 때문에 대기에서 더 낮습니다. 그러나, 수화하기 견본이 수시로 말려지기 견본 보다는 상당히 더 연약하기 때문에, 군대를 추적하는 것은 아직도 스캐닝 탐사기에 의하여 견본의 개악 및 또는 운동 때문에 감소된 심상 질 및 견본 손상을 초래할 수 있습니다. 추가적으로, 많은 견본은 반도체 웨이퍼와 같은 액체에서 실제적으로 가라앉힐 수 없습니다. 이 문제를 피하는 시도는 탐사기가 작은 거리 견본 (숫자 2)의 위 붙들리는 비접촉형입니다. 끝과 견본 사이에서 작동하는 밴 매력적인 der Waals 군대는 검출되고, 지형도 작성 심상은 표면의 위 끝을 검사해서 구성됩니다. 불행히도, 견본에서 밴 매력적인 der Waals 군대는 끝과 견본 사이 작은 군대를 검출하기 위하여 AC 검출 방법이 이용될 수 있다 그래야 끝이 작은 진동을 주어져야 하다 약한 접촉형에 의해 - 이렇게 실제로 사용된 군대 보다는 상당히 더 약합니다. 인력은 또한 흡착된 가스 층이 대부분 그들의 유용한 범위를 점유할 수 있는 표면에서만 작은 거리를 확장합니다. 그러므로, 견본 끝 별거가 성공적으로 유지될 때라도, 비접촉형은 접촉 또는 TappingMode 보다는 상당히 낮은 해결책을 제공합니다. 실제로, 탐사기는 흡착된 가스에 의해 견본 표면에 자주' 접촉 기술에 기인한 그것과 유사한 사용불능 데이터와 견본 손상의 결과로 표면 장력, 당겨집니다. 추가적으로, 비접촉형은 밴 der Waals 군대가 지금 더 작기 조차 때문에 일반적으로 액체에 있는 일상적인 스캐닝, 생물학 견본을 위한 상당한 제한을 위해 특히 비실용적입니다. 공기에 있는 TappingMode 화상 진찰 TappingMode 화상 진찰은 대체로 끝을 표면과 접촉하여 두고 표면을 통해 끝을 드래그하는 것을 피하도록 그 후에 표면 떨어져 끝을 들어서 전통적인 스캐닝 최빈값의 제한을 고해상을 제공하기 위하여 극복합니다. TappingMode 화상 진찰은 대기에서 압전 결정을 사용하여 외팔보의 공명 주파수 육박하거나 갱신하는 전류를 고주파로 변환시켜서 공가 집합 실행됩니다. piezo 움직임은 끝이 표면과 접촉하여 이지 않을 때 외팔보가 높은 진폭 (20nm 보다는 "자유 대기" 진폭, 전형적으로 더 중대한)로 전류를 고주파로 변환시키는 원인이 됩니다. 전류를 고주파로 변환시키는 끝은 표면으로 그 때 가볍게 만질 것을 시작될 때까지, 또는 표면을 "두드리십시오". 스캐닝 도중, 수직으로 전류를 고주파로 변환시키는 끝은 대체로 표면을 접촉하고 초당 사이클 50,000에서 500,000의 주파수에, 일반적으로 발사됩니다. 전류를 고주파로 변환시키는 외팔보가 간헐적으로 표면을 접촉하는 것을 시작되는 때, 공가 진동은 반드시 감소됩니다 (표면을 접촉하는 끝에 기인하는 에너지 손실 때문에 숫자 4). 진동 진폭에 있는 감소는 지상 특징을 확인하고 측정하기 위하여 이용됩니다. 
자유 대기에 있는 그리고 스캐닝 도중 숫자 4. TappingMode 공가 진동 진폭. TappingMode 작동 도중, 공가 진동 진폭은 되먹임 루프 (숫자 5) 옆에 유지한 불변의 것입니다. 
TappingMode 작동을 위한 숫자 5. 구역 도표. 최적 진동 주파수의 선택은 지원된 소프트웨어이고 견본에 군대는 가장 낮은 가능한 수준 (도표 1과 숫자 6)에 자동적으로 놓이고 유지됩니다. 도표 1. TappingMode 논고. | | | | 주파수 영역을 모십시오 | 10KHz에 1MHz | | 전압 범위를 모십시오 | 1mVppRMS 잡음 레벨을 가진 0-20V | | 진폭과 주파수 조정을 모십시오 | 선정되는 디지털. TappingMode 매개변수의 소프트웨어 통제 그리고 전시는, 반자동 화면상 최적화 단단 허용합니다. | | 검출기 | RMS 에 DC 진폭 검출기는 단계 imdependent 진폭 신호를 제공합니다; 잡음 레벨 > 0.5Å RMS | | 외팔보 | 식각된 실리콘 외팔보; 60-400KHz 공명 주파수 | | 끝 견본 접근 | 자동화한 견본 접근은 가장 낮은 가능한 추적 군대에 TappingMode 작동으로 자동적으로 외팔보를 가져옵니다 | 
숫자 6. 공가 곡 경계진은 최적 TappingMode 진동 주파수 선정에 있는 통신수를 지원합니다. 끝이 표면에 있는 융기 넘어갈 때, 외팔보는 전류를 고주파로 변환시키는 더 적은 룸을 비치하고 있 진동의 진폭은 줄입니다. 끝이 불경기 넘어갈 때 반대로, 외팔보에는 전류를 고주파로 변환시키는 추가 룸 및 (최대 자유 대기 진폭에 접근하는) 진폭 증가가 있습니다. 끝의 진동 진폭은 NanoScope III 관제사 전자공학에 검출기 그리고 입력에 의해 측정됩니다. 디지털 되먹임 루프는 그 때 끝 견본 견본에 일정한 진폭 그리고 군대를 유지하기 위하여 별거를 조정합니다. TappingMode는에서 표면 대로 본래부터 끝을 행하고는 및 스캐닝 도중 손상 초래하기 방지합니다. 접촉과 비접촉형과는 다른, 끝은 표면을 접촉할 때, 끝 견본 접착 군대를 극복하는 충분한 진동 진폭이 있습니다. 더구나, 지상 물자는 전단력에 의해 적용되는 군대가 항상 수직 이기 때문에 옆쪽으로 당겨지지 않습니다. TappingModetechnique의 또 다른 이점은 그것의 큰, 선형 운영 범위 (숫자 7)입니다. 수직 의견 시스템이 이것에 의하여 고도로 안정된 시켜, 일상적인 재생 가능한 견본 측정을 허용하. TappingMode 화상 진찰을 토론하는 몇몇 참고는 이 응용 주의 끝에 열거됩니다. 
TappingMode를 위한 큰 선형 운영 범위의 숫자 7. 비교 대 비접촉형을 위한 작은 운영 범위. 액체에 있는 TappingMode 화상 진찰 유사한 이점은 액체에 있는 TappingMode 작동으로 실현됩니다. 이런 경우에, 그러나, 유동성 매체는 외팔보의 일반적인 공명 주파수를 감쇠해 경향이 있습니다. 대신, 전체 유동성 세포는 진동으로 외팔보를 몰기 위하여 전류를 고주파로 변환시킬 수 있습니다. 적합한 주파수가 (일반적으로 초당 사이클 5,000에서 40,000의 범위 안에) 선정될 경우, 외팔보의 진폭은 끝이 견본을 두드릴 것을 시작될 경우, 공기에 있는 TappingMode 작동과 유사할 것이 줄일 것입니다. 한 번 외팔보는 진동, 일정한 진동 진폭을 유지하기 위하여 디지털 의견 시스템이 끝의 위치를 조정하는 NanoScope III로 놓입니다. 또 다시 공기에서 것과 같이, 전류를 고주파로 변환시키는 외팔보는 견본에 마찰과 전단력을 삭제합니다. 추가적으로, 반복적으로 표면을 접촉하고 끝을 당기기의 프로세스는 떨어져 빠른 속도로 추적 군대를 최소값에 유지한 불변의 것인 허용합니다. TappingMode는 시간 savings와 향상한 심상과 측정 질의 결과로 접촉형에 있는 열 편류에, 기인한 군대 불안정성을 피합니다. 200pN 보다는 더 적은의 안정되어 있는 화상 진찰 군대는 TappingMode 작동 도중 측정되었습니다. 보기 숫자 8에서 14까지는 화상 진찰을 위한 TappingMode의 기능을 다양한 연약한 표면 설명합니다. 숫자 8에서 10까지는 TappingMode 두 환경 전부에 있는 상대적인 전통적인 접촉형을 위한 심상 질에 있는 극 개선을 설명하는 액체와 공기 둘 다에서 imaged 생물학 견본을 보여줍니다. 
숫자 8. TappingMode 심상은 말라리아 기생충의 trypanozome에서 kinetoplast DNA의 공기에서 검사했습니다. 
(남겨두는) 접촉형과 검사되는 액체 (버퍼)에서 RNA 폴리메라이제의 TappingMode (적당한) 심상의 숫자 9. 비교. 낮은 군대 액체 접촉형 조차에 일반 조흔 및 흐릿함이 TappingMode 유동성 심상에서 나타나 유의하십시오. 
imaged 근해에 있는 TappingMode를 가진 돌비늘에 숫자 10. Lambda 후방 III DNA. 견본은 손상 없이 이상 1 시간 동안 지속적으로 검사되었습니다. - 검사가 완료될 수 있기 전에 1 분 미만에 있는 손상을 초래되는 동일 물자의 접촉형 스캐닝. 숫자 11는 병렬 비교를 사용하여 TappingMode 반도체 물자를 위한 상대적인 접촉형의 기능을 설명합니다. 
(a) 
(b) 동일 (100개의) 코피 웨이퍼를 위한 숫자 11. (a) 접촉 그리고 (b) TappingMode 심상. 양쪽의 경우에, 좌 심상은 첫째로 취하고 검사 규모는 즉각 imaged 첫번째 검사에서 지역을 포함하기 위하여 두배로 되고 재 검사되었습니다. TappingMode 심상은 지상 변경 및 더 나은 해결책을 보여주지 않습니다. 반대로, 첫번째 검사의 손상을 입힌 지역은 숫자 11a에 있는 오른쪽 쉽게 보일 수 있습니다. 접촉형 화상 진찰은 실리콘 표면을 위해 극단적으로 일치하지 않습니다; 이 경우에는 물자는 스캐닝 끝에 의해 다른 경우에, 추가 산화물 성장 또는 더 미묘한 변경은 일어나는 수 있는 그러나, 제거되었습니다. 지상 변경의 이 모형은 수시로 대부분의 연구원이 손상을 더 낮은 확대에 영향 받은 지역을 rescanning 검사하지 않기 때문에 미결에 갑니다. 숫자 12에서 14까지는 중합체 및 2개의 박막을 위한 TappingMode 심상입니다. 
숫자 12. 쇼핑 백에서 고밀도 폴리에틸렌의 TappingMode 심상. 심상에 있는 구조물은 대략 30nm 두껍게 및 장력 강도를 증가하기 위하여 동일 방향에서 동쪽으로 향하게 한 모두 인 중합체 얇은 판자입니다. 이 구조물은 접촉형으로 특징이 표면을 통해 드래그하기 끝에 의해 바꾸였기 때문에 보일 수 없었습니다. 675nm 검사. 
숫자 13. 화학 수증기에 의하여 예금되는 (CVD) 다이아몬드 필름. 필름 대형 도중, 다이아몬드의 씨결정은 박막을 생성하기 위하여 성장이 개시되는 CVD 공술서 약실에서 그 때 두는 실리콘 박편에 둡니다. 이 심상은 성장의 초기 개시에 필름을 보여줍니다. TappingMode 기술은 단면도 결정 표면에 씨결정을 것을 피하기 위하여 더 정확하게 사용되고. 
숫자 14. 산화된 실리콘 박편에 예금되는 두껍게 열로 증발된 금 필름, 60Å. 필름은 지속적인 필름 보다는 더 높은 긴장 감도를 가진 긴장 센서를 건축하기 위하여 이용되었습니다. 개요 질 심상을 장악하기 위하여, 중요하 현미경 끝 손상 아닙니다 고해상 측정을 장악하기 위하여 검사되는 표면 그러나 그것 접촉 표면. 이것은 TappingMode 화상 진찰이 능가하는 곳 입니다. 많은 물자를 위해, 이 기술은 견본 손상 없이 고해상 가능한 것 제공합니다. TappingMode 화상 진찰은 다양한 응용을 열고 새로운 물자 및 표면에 SPM의 응용성을 확장하는 것을 계속합니다. TappingMode에 있는 끝 견본 군대에 더 많은 것 전통적인 접촉 AFM에 TappingMode 화상 진찰의 중요한 이점의 한개는 스캐닝 도중 생성된 낮은 군대입니다. 끝이 각 진동 도중서만 표면을 간단히 접촉하기 때문에, 견본을 찢을 수 있거나, 데이터를 왜곡하거나 끝을 dull 끝에 의해 견본에 적용된 옆 쓸림힘이 없습니다. 짧은 접촉 군대는 사람이 예상할지도 모르다 이하 입니다. TappingMode에서 외팔보는 그것의 공명 주파수 육박하거나 갱신하는 전류를 고주파로 변환시킵니다. 일단 공가 진폭이 요구한 세트 포인트에 안정되면, 견본은 단 하나 진동 주기 도중 증가시킨 진폭 때문에 작은 군대만 흡수해야 합니다; 2개의 연속적인 "꼭지 사이 i.e, 시간." TappingMode에서 사용되기 외팔보에는 고품질 요인 ("Q ")가 있기 때문에, 1개 주기에서 주어진 진폭은 전형적인 화상 진찰 조건 하에서 0.01nm에 관하여 단지 입니다. 이 작은 진폭 증가 때문에 군대는 손상 없이 대부분 견본에 의해 기울이거나 간색하기 위하여 흡수될 수 있습니다. 이 온화한 스캐닝 군대 때문에, TappingMode는 중합체, unbaked 감광저항 및 DNA, 뿐 아니라 수많았던과 같은 심상 견본 그밖 허약한 견본 재생 가능하게 성공적으로 사용되었습니다. 더구나, 우리는 심상의 강직 없이 반복적으로 24 시간 기간에 실리콘 박편의 동일 1mm 지구의 옹스트롬 수준 microroughness가 imaged 지속적으로 있고 또는 견본에 손상합니다. 마지막으로, 외팔보는 50KHz에서 500KHz에 주파수에 전류를 고주파로 변환시킵니다. 이 주파수에, 많은 표면은 (점성과 탄성을 지니는) stiff에 어울리고 더 쉽게 탐사기 끝에서 군대를 저항할 수 있습니다. 추가 이 속성은 중합체 생물학 견본, 그 외와 같은 극단적으로 연약한 견본을 위한 견본 손상의 가능성을 감소시키고 끝 군대 때문에 견본의 더 적은 찡그림을 일으키는 원인이 됩니다. |