План:

Введення 

• 1 Історія винаходу

• 2 Принцип роботи

  • 2.1 Контактний режим роботи атомно-силового мікроскопа

  • 2.2 Безконтактний режим роботи атомно-силового мікроскопа

  • 2.3 Полуконтактний режим роботи атомно-силового мікроскопа

  • 2.4 Інші сили

• 3 Конструкція атомно-силового мікроскопа

• 4 Особливості роботи

• 5 Обробка отриманої інформації і відновлення отриманих зображень

• 6 Сучасний стан та розвиток скануючої зондової мікроскопії

• 7 Цікаві слідства

• 8 Виробники АСМ в Росії і СНД в алфавітному порядку

  • 8.1 ТОВ "АІСТ-НТ"

  • 8.2 ТОВ "Нано Скан Технологія"

  • 8.3 "Мікротестмашіни", Білорусь

  • 8.4 ЗАТ "Нанотехнологія МДТ"

  • 8.5 ТОВ НВП "Центр перспективних технологій"

Примітки  Література 

Введення

Атомно-силовий мікроскоп

Атомно-силовий мікроскоп (АСМ, англ. AFM - atomic-force microscope ) - скануючий зондовий мікроскоп високої роздільної здатності. Використовується для визначення рельєфу поверхні з дозволом від десятків ангстрем аж до атомарного.  На відміну від скануючого тунельного мікроскопа, за допомогою атомно-силового мікроскопа можна досліджувати як провідні, так і непровідні поверхні. 

1. Історія винаходу

Атомно-силовий мікроскоп був створений в 1986 Гердом Бінніг, Кельвіном Куейтом і Крістофером Гербером в США, як модифікація винайденого ранішескануючого тунельного мікроскопа.  Для визначення рельєфу поверхонь непровідних тел використовувалася пружна консоль ( кантільовери), відхилення якої, в свою чергу, визначалося по зміні величини тунельного струму, як в скануючому тунельному мікроскопі ^[1]. Однак такий метод реєстрації зміни положення кантільовери виявився не дуже вдалим, і двома роками пізніше була запропонована оптична схема: промінь лазера направляється на зовнішню поверхню кантільовери, відбивається і потрапляє на фотодетектор ^[2]. Такий метод реєстрації відхилення кантільовери реалізований в більшості сучасних атомно-силових мікроскопів.  Спочатку атомно-силовий мікроскоп фактично представляв собою профілометр, тільки радіус заокруглення голки був порядку десятків ангстрем. Прагнення поліпшити латеральне дозвіл призвело до розвитку динамічних методів. Пьезовібратором збуджуються коливання кантільовери з певною частотою і фазою. При наближенні до поверхні на кантільовери починають діяти сили, які змінюють його частотні властивості. Таким чином, відстежуючи частоту і фазу коливань кантільовери, можна зробити висновок про зміну сили, що діє з боку поверхні і, следственно, про рельєф ^[3].  Подальший розвиток атомно-силової мікроскопії призвело до виникнення таких методів, як магнітно-силова мікроскопія, силова мікроскопія пьезооткліка,електро-силової мікроскопії.

2. Принцип роботи

Схема роботи атомно-силового мікроскопа

Графік залежності сили Ван-дер-Ваальса від відстані між кантільовери і поверхнею зразка

Принцип роботи атомно-силового мікроскопа заснований на реєстрації силового взаємодії між поверхнею досліджуваного зразка і зондом. Як зонда використовується нанорозмірні вістря, що розташоване на кінці пружною консолі, званої кантільовери. Сила, діюча на зонд з боку поверхні, призводить до вигину консолі. Поява височин або западин під вістрям призводить до зміни сили, що діє на зонд, а значить, і зміні величини вигину кантільовери. Таким чином, реєструючи величину згину, можна зробити висновок про рельєф поверхні. 

Під силами, що діють між зондом і зразком, в першу чергу мають на увазі дальнодействующіх сили Ван-дер-Ваальса, які спочатку є силами тяжіння, а при подальшому зближенні переходять в сили відштовхування.  Залежно від характеру дії сили між кантільовери і поверхнею зразка виділяють три режими роботи атомно-силового мікроскопа:

1. Контактний (англ. contact mode)

2. "Полуконтактний" (англ. semi-contact mode або tapping mode)

3. Безконтактний (англ. non-contact mode)

Тут необхідно пояснити, що саме береться за нуль відстані щоб уникнути плутанини. На наведеному малюнку нуль відповідає нульовому відстані між ядрами атома на поверхні і найбільш виступаючого атома кантільовери. Тому нуль сили знаходиться на кінцевій відстані, відповідному кордоні електронних оболонок цих атомів (при перекритті оболонок виникає відштовхування). Якщо взяти за нуль кордону атомів, то сила звернеться в нуль в нулі відстані.