افزایش دامنه پیمایش AFM

محققان سنگاپوری با تغییر طراحی دستگاه AFM موفق به افزایش دامنه پیمایش این میکروسکوپ شدند. برای این کار آنها از یک نوک الماس به طول ۱۰۰ میکرون استفاده کردند.


محققان سنگاپوری با تغییر طراحی
دستگاه AFM موفق به افزایش دامنه پیمایش این میکروسکوپ شدند.
برای این کار آنها از یک نوک الماس به طول ۱۰۰ میکرون استفاده
کردند.

وجود نقص در سطح به خصوص در ادواتی نظیر دنده‌ها می‌تواند
پیامدهای فاجعه‌باری در پی داشته باشد. اخیرا از میکروسکوپ
نیروی اتمی (AFM) برای بررسی سطوح و یافتن این مشکلات استفاده
‌شده است. این میکروسکوپ دارای یک نوک از جنس سیلیکون بوده و
قادر است سطوح مختلف را مورد بررسی قرار دهد. همچنین این
دستگاه می‌تواند زبری سطوح را بدون تخریب مشخص سازد. در حال
حاضر از AFM نمی‌توان به‌سادگی در صنایع استفاده کرد برای این
کار نیاز به تغییراتی در طراحی این دستگاه وجود دارد. AFM
دارای محدودیت حرکتی است به‌طوری که نوک این میکروسکوپ
می‌تواند تنها چند ده میکرومتر بالا و پایین شود و برد جانبی
آن نیز چند ده میکرومتر است. بنابراین بیشتر AFMها قادرند
اجسام بسیار کوچک را مورد مطالعه قرار دهند.

شیها وانگ از موسسه آاستار در سنگاپور که در مرکز مترولوژی این
موسسه مشغول فعالیت است، دستگاه AFM جدیدی طراحی کرده است که
قادر به اندازه‌گیری شیارهایی به عمق ۱۰۰ میکرون است. این
عملکرد مدیون نوک بسیار تیزی از جنس الماس می باشد. با تجهیز
AFM با قابلیت پیمایش بالا، محققان می‌توانند از یک سطح با
محدوده میلیمتری و قدرت تفکیک نانومتری تصویربرداری کنند.

 
 
تیم تحقیقاتی وانگ از این سیستم
AFM جدید برای اندازه‌گیری فرورفتگی‌های مستطیل شکل روی
سیلیکون جامد استفاده می‌کنند. این جسم که دارای عمق ۱۰
میکرونی است، به‌عنوان یک استاندارد مهم مترولوژیکی برای
کالیبراسیون دستگاه‌ها استفاده می‌شود. با استفاده از AFMهای
معمولی نمی‌توان این ساختار را تصویربرداری کرد. علاوه‌براین
که AFMهای معمولی مشکل محدودیت حرکتی دارند، طراحی این
دستگاه‌ها به‌نحوی است که نوک کوتاه آنها در حین حرکت روی این
سطح با فرو رفتن در یک شیار، به لبه‌ها شیارها برخورد کرده و
می‌شکنند.

برای حل این مشکل محققان یک روش جدید برای رشد ستون نازک و
بلندی از جنس الماس ارائه کردند. با این روش نوکی به طول ۱۰۰
میکرومتر روی یک بستر صاف ایجاد شد. سپس از روش FIB برای تیز
کردن این نوک استفاده کردند و آن را به‌صورت هرمی با شعاع ۱۰
نانومتر در آوردند. در نهایت این نوک را با چسب به تیرک
میکروسکوپ AFM با قابلیت پیمایش وسیع، چسباندند.

نتایج نشان داد این نوک قادر است سطح را  با قدرت تفکیک
نانومتری رصد کند. از آنجایی که طول این نوک ده‌ها برابر بیشتر
از نوک‌های رایج است بنابراین می‌توند سطوح مختلف با اعماقی
چند نانومتری تا ۱۰۰ میکرونی را بپیماید.

نتایج این تحقیق در نشریه Measurement Science and
Technology  به چاپ رسیده است.