AFM 원자 힘 현미경 Atomic Force Microscope 학과 : 반도체물리학과 교수님 : 김홍승 교수님 학년 : 3학년 성명 : 이재상, 신민정, 정선진, 지명석
AFM SPM의 종류 및 분류 AFM의 작동 원리 Contact Mode Non-contact Mode Tapping Mode
< SPM의 종류 및 분류 > STM SPM Contact Mode AFM Non-Contact Scanning Tunneling Microscope 시료와 탐침간에 흐르는 미세한 전류를 측정하여 고체표면의 모습을 보여줌. 도체, 반도체 < SPM의 종류 및 분류 > STM SPM 주사탐침현미경 Contact Mode AFM Scanning Probe Microscope Non-Contact Tapping Mode Atomic Force Microscope
< SPM 종류의 응용 >
< AFM의 원리 > STM의 가장 큰 결점 (부도체시료 관찰 불가능) 극복 잘 휘어지는 지렛대 cantilever (탐침 대신 나노기술로 제작된 프로브 이용)끝에 달려있는 뾰족한 침(원자 몇 개의 크기임)과 시료표면에 작용하는 원자 반발력, 즉 인력 및 척력이 작용 이러한 힘에 의해 cantilever의 휨이 발생하고 이 힘이 일정하게 유지되도록 하면서 그 휘는 정도를 레이저 광의 굴절을 통해서 표면정보를 얻어 삼차원 영상을 얻음
< Contact Mode > 원자간의 척력을 이용하여 scanning tip을 샘플 표면에 부착하여 cantilever의 deflec tion의 변화를 split photodiode detector로써 모니터링하여 샘플표면을 관찰. tip 누르는 힘 (set point)을 일정하게 유지하며, tip을 x,y 방향으로 움직일 때 vertical 방향으로의 변화를 측정함으로써 표면관찰 단점 : 부드러운 sample 측정에 불리하며, tip과 sample 모두 damage를 받는다 장점 : 빠른 스캔 속도
< Non-Contact Mode > 원자간의 인력을 이용 힘의 크기는 0.1- 0.01 nN 정도로 시료에 인가하는 힘이 contact mode에 비해 훨씬 작음 캔틸레버를 고유진동수 부근에서 기계적으로 진동 시료표면에 다가가면 원자간의 인력에 의해 고유진동수가 변하게 되어 진폭과 위상에 변화가 생기고 그 변화를 측정함 손상되기 쉬운 부드러운 시료를 측정하는데 적합하고 탐침의 수명도 높일 수 있음 단점 :시료 주변에 정전기력이나 자기력이 있다면 원자간 반데르 발스힘보다 클 경우에 image구현 에 영향을 줄 수 있음 장점 : sample표면에 직접적 힘이 작용되지 않아 손상 적음
< Tapping Mode > Contact과 non-contact mode의 단점을 보완하기 위한 방법으로써 단단한 고체 sample에서 liquid sample 까지 측정이 가능함 Cantilever의 진폭은 20~100nm 정도되며 고유 진동수보다 같거나 작음 진동하는 tip의 끝을 sample표면에 접촉시킴으로써 작동을 함 현재 대다수 사용중인 방법 장점 : 모든 샘플에 대해 수평분 해능이 좋음 / 공기 중에서도 부드 러운 샘플을 작은 힘으로 손상을 작게 이미지 시킬 수 있음 / 수평 힘을 무시함으로써 손상을 줄일 수 있는 것임 단점 : contact mode에 비해 스캔 속도가 느림
따라서, AFM에는 contact, non-contact ,tapp -ing의 3가지 mode가 존재하여 각각의 장단점에 의해 샘플에 맞는 측정 mode 선택가능.
감사합니다^-^* 발표자 : 반도체물리학과 정선진 Homepage : www.cyworld.com/lovelylemon26 E-Mail : lovely-lemon26@hanmail.net Tel : 016-545-1570