Atomic force microscopy (AFM) is de allerkleinste oppervlaktescantechniek. Er wordt gescand op sub-nano niveau zonder aantasting van het materiaal. Atomic force microscopy omvat dus een groep technieken die gebruikt worden voor niet-destructieve oppervlakte studies op nano niveau. Ze hebben een resolutie die veel beter is dan de resolutiegrens van traditionele optische microscopie.
AFM wordt veel gebruikt voor het verzamelen van gegevens over verschillende mechanische, functionele en elektrische eigenschappen op nano niveau en voor topografische (oppervlakte)studies. Zo wordt atomic force microscopy gebruikt voor het in beeld brengen van oppervlaktetopografie om fysieke en mechanische eigenschappen van een materiaalmonster te onderzoeken.
Hoe werkt AFM?
AFM scant oppervlakken door middel van een raster-scan met een scherpe micro-sondepunt. Deze sonde wordt heen en weer bestuurd over een klei oppervlak. Om profiel- en interactiegegevens te verzamelen, traceert de sonde het oppervlak en maakt hij contact met het oppervlak.
Deze informatie wordt naar een computer gestuurd.De AFM-sonde is meestal een scherpe siliciumpunt op een vrij bewegende arm die op een draagchip is gemonteerd. Deze dunne armen van siliciumnitraat of silicium met een rechthoekige of driehoekige vorm en hebben goed gedefinieerde mechanische eigenschappen.
De punt heeft een radius in het nanometerbereik en is een zeer scherpe projectie aan het uiteinde van de arm. Krachten tussen de punt en het monster beïnvloeden een doorbuiging van de arm volgens de wet van Hooke wanneer de op de arm gemonteerde punt door de AFM in de buurt van een monsteroppervlak wordt gebracht.
Vervolgens worden er oppervlakte interactie gegevens verzameld door het oppervlak te scannen met de AFM punt. Dit vormt een ruimtelijk profiel, oftewel een kaart, van het monstergebied. Een laserstraal wordt gefocust op de achterkant van de arm en wordt gereflecteerd naar een fotodiode. Deze wordt verplaatst en de beweging wordt door het oppervlak van de fotodiode vastgelegd.
Een platenspeler
De manier waarop de punt met het materiaal reageert is vergelijkbaar met hoe de naald van een platenspeler de groeven van een vinylplaat volgt. Om het oppervlak effectief te kunnen profileren met de hoogst mogelijke resolutie, is het van vitaal belang dat de arm de juiste eigenschappen heeft voor de atomic force microscopy bewerking.
Mogelijkheden van AFM
Volgens de vereiste toepassing wordt de AFM in een aantal standen worden bediend. Beeldvormende modi kunnen worden onderverdeeld in contact- of statische modi en verschillende tik- of dynamische modi, waarbij de arm van de sonde op een bepaalde frequentie wordt getrild.