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接触モードおよび TappingMode 原子力の顕微鏡検査の基礎

AZoNano 著

目録

導入
接触モード AFM
TappingMode AFM
Bruker について

導入

原子力の顕微鏡検査は (AFM)非常に高リゾリューションで表面を特徴付けるのに使用される技術です。 鋭いプローブはサンプルとの近似性に分析されるために持って来られます。 プローブおよびサンプルはラスターパターンの互いに関連してそれから移動され、量は慎重な位置 (ピクセル) のシリアル方法で測定されます。 図 1 は AFM システムでプローブの設計図を示します。

AFM で使用される片持梁先端アセンブリの図 1. 設計図。

先端とサンプル表面間の相互作用は接続された片持梁の自由な端の変位の監視によって測定されます。 これを達成する複数のスキームがあります。 片持梁の固定端はダイナミックなイメージ投射モードを可能にする小さいアクチュエーターの取付けられた空電またはである場合もあります。 片持梁/プローブは操作の間に修正された古典的な閉ループ・フィードバック・システムの部分です (図 2) を見て下さい。

図 2. AFM の相互作用力を制御するフィードバックループのブロックダイヤグラム。

片持梁変位センサーを通して測定される先端サンプル相互作用は外部妨害です。 大きさはユーザーの入力、セット・ポイント値によって定められます。 慣習的な AFM でセット・ポイントはイメージ投射力を表します。 望ましいセット・ポイントは生じるエラーシグナル (かエラーシグナルを最小化するために z piezo 運転する比例必要差動フィードバックのコントローラによる (PID)セット・ポイントおよび実際の値間の相違の) 処理によって実現されます。

接触モード AFM

接触モードはスキャンキャパシタンスモード、スキャンの広がり抵抗のモード、等として追加モードのまた基本的な基礎理解するべき (SCM)最も容易な AFM のモードだけ (SSRM)でありではない。 典型的な AFM の片持梁は図 3. で示されています。

先端サンプル力によって引き起こされる片持梁の図 3. 偏向

レバーの小さい (角の) 動きは片持梁から反射し、分割光検出機構に図 4. に示すように指示されるレーザ光線によって一般に測定されます。

光源、片持梁およびライトレバー AFM の検出システムの基本的なコンポーネントを再構成する光検出機構の図 4. 設計図。

力間隔のカーブは接触モードを説明する基本的な AFM 操作です。 力のカーブの設計図は図 5. で描写されます。

図 5. 力の間隔のカーブ。 アプローチは (赤い) 権利でおよび (青の) カーブを示されています撤回します。 総接触力が付着、また応用ロードに依存していることに注目して下さい。

彼ら自身の力のカーブは付着および承諾のようないろいろなサンプル特性を、明らかにします。 力ボリュームイメージ投射モードは力のカーブのピクセルによピクセル分析に基づいています。 しかしそれは低速が使用されなかった頻繁に原因ではないです。 カーブ共通の武力の行使は 「ポイントおよびシュート」の方法の SPM イメージ投射の形式の何れかと組み合わせてあります。

ラスター走査が相関的な先端およびサンプル互い、接触モードイメージ投射行われる間、セット・ポイント定数の保存。 ここの欠点はサンプルで出る側面力かなり高い場合もありますです。 これは比較的緩く接続された目的のサンプル損傷か動きで起因できます。 その問題への解決は片持梁 TappingMode イメージ投射の原因となったイメージ投射の間に振動することでした。

TappingMode AFM

従って片持梁と表面の非常に高い側面解像度間の高側面力を持っている問題は先端の接触を持っていることによって表面少しの間だけ解決することができま表面を渡る側面力そして抗力の問題を避けます。 このモードは TappingMode AFM とそれ故に言われました。

片持梁の典型的な応答曲線は図 6. ロックインのアンプでとの TappingMode 典型的な操作が振幅変調の検出を使用して遂行される示されています。

図 6. 表面の上のそしての近くの TappingMode の片持梁の共鳴カーブ。 頻度を下げるために共鳴が移り、振幅の低下を表わすことに注目して下さい。

直接力は TappingMode で測定されません。 図 7 で示されているカーブは短距離冷淡な、長距離引力の追加によって組み立てられます。

TappingMode の振動の片持梁の動きを強調する図 7. 力のカーブ。

相互作用を経験している間先端とサンプル間の力のカーブか直接力は TappingMode AFM によって実際に測定されません。 ロックインのアンプが報告されるけれども TappingMode AFM は多くの相互作用の力そして平均応答だけの直接制御のあることなしで相互に作用しているこのカーブで前後振動します。

片持梁振幅の減少は先端およびサンプルが互いに近づくとき測定することができます。 これは有害ではないけれども、ある特定のサンプル特性に得られ、明瞭に割り当てることができるサンプル地形を越える情報を制限します。

TappingMode 操作の本質的に不安定なフィードバックの状態はスキャン調節の一部を自動化することを困難にします。 力は定常状態からなくなるとき変わることができます。 先端の振幅より高く、より高いエネルギーレバーとイメージ投射力で保存される。 温度変化が原因で漂わせて下さいおよび/またはフルードレベルは影響を液体の操作変更します。

AFM からの信頼できる情報を達成するためにフィードバックシステムを調節することは必要です。 接触モードスキャンは TappingMode スキャンより TappingMode に複雑な振動システムがあるので容易に制御することができます。

TappingMode でイメージ投射パラメータを自動的に調節する過去の試みが試みられる間、 TappingMode が片持梁原動力が比較的複雑である片持梁共振周波数で動作するので一般に AFMs と調査されるサンプルの広い範囲のための他の証明された方法がありません。

叩く原動力はサンプル特性によって強く決まります。 サンプルの堅い部分のためのフィードバックの振動はまたサンプルの柔らかい部分の十分調整されたフィードバックループによりによってサンプルのあらゆる部分のためのパラメータの最適化が非常に困難であるので引き起こすことができます。 さらに、片持梁共鳴の長い時間の定数 (ミリ秒) はまた各イメージ投射ポイントで即時の最適化を防ぎます。 接触モードイメージ投射の直接力制御およびこうして追加された入手可能な情報は TappingMode で失われます。 しかし TappingMode はそれに AFM の支配的なイメージ投射モードを今までにした側面力イメージ投射の明らかな利点を自由に提供します。

Bruker について

Bruker の Nano 表面は強いデザインおよび使い易さのための他の商用化されたシステムから際立っている原子力の顕微鏡/スキャンのプローブの顕微鏡 (AFM/SPM) の製品を提供します、間高リゾリューションを維持する。 すべての私達の器械の部品である NANOS 測定ヘッドはこと標準研究の顕微鏡の目的より大きくないセットアップコンパクトをそう作る片持梁偏向を測定するための一義的な光ファイバーの干渉計を用います。

この情報は Bruker の Nano 表面によって提供される材料から供給され、見直され、そして適応させて。

このソースのより多くの情報のために、 Bruker の Nano 表面を訪問して下さい

Comments

  1. Leila Pasha Leila Pasha United States says:

    Hi , i'm looking a mode that tip doesn't probe the surface.
    i want to measure adhesion force in just one point of surface and i don't need and image. but i don't know how to do that

    • Pankaj Pardeshi Pankaj Pardeshi India says:

      Hi,
      For adhesion force measurement by AFM following paper will definitely help you
      Environ. Sci. Technol., 2004, 38 (17), pp 4683–4693

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