The AFM terdiri dari cantilever dengan ujung tajam (probe) di ujungnya yang digunakan untuk memindai permukaan spesimen. The cantilever is typically silicon or silicon nitride with a tip radius of curvature on the order of nanometers. kantilever ini biasanya silikon atau silikon nitrida dengan ujung jari-jari kelengkungan pada urutan nanometer. When the tip is brought into proximity of a sample surface, forces between the tip and the sample lead to a deflection of the cantilever according to Hooke's law . Ketika ujung dibawa ke kedekatan dari permukaan sampel, pasukan antara ujung dan memimpin sampel ke defleksi dari kantilever menurut 's hukum Hooke . Depending on the situation, forces that are measured in AFM include mechanical contact force, van der Waals forces , capillary forces , chemical bonding , electrostatic forces , magnetic forces (see magnetic force microscope , MFM), Casimir forces , solvation forces , etc. Along with force, additional quantities may simultaneously be measured through the use of specialized types of probe (see scanning thermal microscopy , photothermal microspectroscopy , etc.). Tergantung pada situasi, kekuatan yang diukur dalam AFM meliputi gaya kontak mekanik, van der Waals kekuatan , gaya kapiler , ikatan kimia , gaya elektrostatik , gaya magnetik (lihat mikroskop gaya magnet , MFM), pasukan Casimir , pasukan solvasi , dll Seiring dengan kekuatan, jumlah tambahan sekaligus dapat diukur melalui penggunaan jenis khusus probe (lihat pemindaian mikroskop termal , microspectroscopy fotothermal , dll). Typically, the deflection is measured using a laser spot reflected from the top surface of the cantilever into an array of photodiodes . Biasanya, defleksi yang diukur dengan menggunakan laser spot tercermin dari permukaan atas kantilever ke array foto dioda . Other methods that are used include optical interferometry, capacitive sensing or piezoresistive AFM cantilevers. Metode lain yang digunakan termasuk interferometri optik, capacitive sensing atau cantilevers AFM piezoresistif. These cantilevers are fabricated with piezoresistive elements that act as a strain gauge . Cantilevers ini tertolak dengan unsur-unsur piezoresistif yang berfungsi sebagai pengukur regangan . Using a Wheatstone bridge , strain in the AFM cantilever due to deflection can be measured, but this method is not as sensitive as laser deflection or interferometry. Menggunakan jembatan Wheatstone regangan, di kantilever AFM akibat defleksi dapat diukur, tetapi metode ini tidak sensitif seperti lendutan laser atau interferometri.

If the tip was scanned at a constant height, a risk would exist that the tip collides with the surface, causing damage. Jika ujung-scan pada ketinggian konstan, resiko akan ada yang bertabrakan ujung dengan permukaan, menyebabkan kerusakan. Hence, in most cases a feedback mechanism is employed to adjust the tip-to-sample distance to maintain a constant force between the tip and the sample. Oleh karena itu, dalam banyak kasus suatu umpan balik mekanisme yang digunakan untuk mengatur-untuk-sampel jarak tip untuk menjaga gaya konstan antara ujung dan sampel. Traditionally, the sample is mounted on a piezoelectric tube, that can move the sample in the z direction for maintaining a constant force, and the x and y directions for scanning the sample. Secara tradisional, sampel terpasang pada piezoelektrik tabung, yang dapat bergerak sampel dalam arah z untuk mempertahankan gaya konstan, dan x dan arah y untuk memindai sampel. Alternatively a 'tripod' configuration of three piezo crystals may be employed, with each responsible for scanning in the x,y and z directions. Atau konfigurasi 'tripod' dari tiga kristal piezo boleh dipekerjakan, dengan masing-masing bertanggung jawab untuk pemindaian di y, x dan z arah. This eliminates some of the distortion effects seen with a tube scanner. Ini menghilangkan beberapa efek distorsi dilihat dengan scanner tabung. In newer designs, the tip is mounted on a vertical piezo scanner while the sample is being scanned in X and Y using another piezo block. Dalam desain yang lebih baru, ujungnya terpasang pada pemindai piezo vertikal

sementara sampel sedang dipindai di X dan Y dengan menggunakan blok lain piezo. The resulting map of the area s = f(x,y) represents the topography of the sample. Peta yang dihasilkan dari wilayah tersebut s = f (x, y) merupakan topografi sampel.

The AFM can be operated in a number of modes, depending on the application. AFM dapat dioperasikan dalam sejumlah mode, tergantung pada aplikasi. In general, possible imaging modes are divided into static (also called contact ) modes and a variety of dynamic (or non-contact) modes where the cantilever is vibrated. Secara umum, mode pencitraan yang mungkin dibagi menjadi statis (juga disebut kontak) mode dan berbagai dinamis (atau non-kontak) mode di mana kantilever yang bergetar.

Mode Penggambaran

he primary modes of operation for an AFM are static mode and dynamic mode.

Modus operasi utama untuk AFM adalah modus statis dan mode dinamis. In static mode, the cantilever is "dragged" across the surface of the sample and the contours of the surface are measured directly using the deflection of the cantilever. Dalam mode statis, kantilever adalah "menyeret" di permukaan sampel dan kontur permukaan diukur langsung dengan menggunakan defleksi dari kantilever tersebut. In the dynamic mode, the cantilever is externally oscillated at or close to its fundamental resonance frequency or a harmonic . Dalam modus dinamis, kantilever adalah eksternal osilasi pada atau dekat dengan fundamental resonansi frekuensi atau harmonik . The oscillation amplitude, phase and resonance frequency are modified by tip-sample interaction forces. Amplitudo osilasi, fase dan frekuensi resonansi yang dimodifikasi oleh ujung-sampel interaksi pasukan. These changes in oscillation with respect to the external reference oscillation provide information about the sample's characteristics. Perubahan dalam osilasi berkaitan dengan osilasi referensi eksternal memberikan informasi mengenai karakteristik sampel itu.

[ edit ] Contact mode [ sunting ] mode Kontak

In the static mode operation, the static tip deflection is used as a feedback signal. Dalam modus operasi statis, defleksi ujung statis digunakan sebagai sinyal umpan balik. Because the measurement of a static signal is prone to noise and drift, low stiffness cantilevers are used to boost the deflection signal. Karena pengukuran sinyal statis rentan terhadap kebisingan dan melayang, cantilevers kekakuan rendah digunakan untuk meningkatkan sinyal defleksi. However, close to the surface of the sample, attractive forces can be quite strong, causing the tip to "snap-in" to the surface. Namun, dekat dengan permukaan sampel, kekuatan yang menarik bisa sangat kuat, menyebabkan ujung ke "snap-in" ke permukaan. Thus static mode AFM is almost always done in contact where the overall force is repulsive. Jadi AFM mode statis hampir selalu dilakukan di kontak di mana kekuatan keseluruhan menjijikkan. Consequently, this technique is typically called "contact mode". Akibatnya, teknik ini biasanya disebut "menghubungi mode". In contact mode, the force between the tip and the surface is kept constant during scanning by maintaining a constant deflection. Dalam mode kontak, gaya antara ujung dan permukaan dipertahankan konstan selama pemindaian dengan mempertahankan defleksi konstan.

[ edit ] Non-contact mode [ sunting ] Mode non-kontak

AFM - non-contact mode AFM - non-kontak modus

In this mode, the tip of the cantilever does not contact the sample surface. Dalam mode ini, ujung kantilever tidak menyentuh permukaan sample. The cantilever is instead oscillated at a frequency slightly above its resonance frequency where the amplitude of oscillation is typically a few nanometers (<10 nm). The kantilever adalah bukan osilasi pada frekuensi yang sedikit di atas dengan frekuensi resonansi dimana amplitudo osilasi adalah biasanya beberapa nanometer (<10 nm). The van der Waals forces , which are strongest from 1 nm to 10 nm above the surface, or any other long range force which extends above the surface acts to decrease the resonance frequency of the cantilever. The van der Waals kekuatan , yang terkuat dari 1 nm hingga 10 nm di atas permukaan, atau rentang kekuatan panjang lainnya yang membentang di atas permukaan bertindak untuk mengurangi frekuensi resonansi kantilever tersebut. This decrease in resonance frequency combined with the feedback loop system maintains a constant oscillation amplitude or frequency by adjusting the average tip-to-sample distance. Penurunan pada frekuensi resonansi dikombinasikan dengan sistem loop umpan balik mempertahankan amplitudo osilasi konstan atau frekuensi dengan menyesuaikan rata-rata jarak ujung-ke-sampel. Measuring the tip-to-sample distance at each (x,y) data point allows the scanning software to construct a topographic image of the sample surface. Pengukuran jarak ujung-ke-sampel pada setiap (x, y) data titik memungkinkan perangkat lunak pemindaian untuk membangun gambar topografi dari permukaan sampel.

Non-contact mode AFM does not suffer from tip or sample degradation effects that are sometimes observed after taking numerous scans with contact AFM. Non-menghubungi AFM modus tidak menderita dari efek degradasi tip atau sampel yang kadang-kadang diamati setelah mengambil banyak scan dengan AFM kontak. This makes non-contact AFM preferable to contact AFM for measuring soft samples. Hal ini membuat AFM non-kontak lebih disukai untuk menghubungi AFM untuk mengukur sampel lembut. In the case of rigid samples, contact and

non-contact images may look the same. Dalam kasus sampel kaku, kontak dan gambar non-kontak ini dapat terlihat sama. However, if a few monolayers of adsorbed fluid are lying on the surface of a rigid sample, the images may look quite different. Namun, jika beberapa monolayers terserap fluida berbaring di permukaan sampel kaku, gambar mungkin terlihat berbeda. An AFM operating in contact mode will penetrate the liquid layer to image the underlying surface, whereas in non-contact mode an AFM will oscillate above the adsorbed fluid layer to image both the liquid and surface. Sebuah operasi AFM dalam mode kontak akan menembus lapisan cairan pada gambar permukaan yang mendasarinya, sedangkan dalam mode non-kontak AFM yang akan berosilasi di atas lapisan fluida terserap untuk citra baik cair dan permukaan.

Schemes for dynamic mode operation include frequency modulation and the more common amplitude modulation . Skema untuk operasi mode dinamis termasuk modulasi frekuensi dan lebih umum modulasi amplitudo . In frequency modulation, changes in the oscillation frequency provide information about tip-sample interactions. Dalam modulasi frekuensi, perubahan frekuensi osilasi memberikan informasi tentang interaksi ujung-sampel. Frequency can be measured with very high sensitivity and thus the frequency modulation mode allows for the use of very stiff cantilevers. Frekuensi dapat diukur dengan sensitivitas yang sangat tinggi dan dengan demikian modus modulasi frekuensi memungkinkan untuk penggunaan cantilevers sangat kaku. Stiff cantilevers provide stability very close to the surface and, as a result, this technique was the first AFM technique to provide true atomic resolution in ultra-high vacuum conditions. [ 1 ] Stiff cantilevers memberikan stabilitas sangat dekat dengan permukaan dan, sebagai hasilnya, teknik ini adalah teknik AFM pertama yang menyediakan resolusi atom benar di -vakum ultra tinggi kondisi. [1]

In amplitude modulation, changes in the oscillation amplitude or phase provide the feedback signal for imaging. Dalam amplitudo modulasi, perubahan dalam amplitudo osilasi atau fase memberikan sinyal umpan balik untuk pencitraan. In amplitude modulation, changes in the phase of oscillation can be used to discriminate between different types of materials on the surface. Dalam modulasi amplitudo, perubahan dalam fase osilasi dapat digunakan untuk membedakan antara berbagai jenis bahan di permukaan. Amplitude modulation can be operated either in the non-contact or in the intermittent contact regime. Amplitudo modulasi dapat dioperasikan baik dalam kontak-non atau dalam rezim kontak intermiten. In dynamic contact mode, the cantilever is oscillated such that the separation distance between the cantilever tip and the sample surface is modulated. Dalam mode menghubungi dinamis, kantilever adalah osilasi sedemikian rupa sehingga jarak pemisahan antara ujung kantilever dan permukaan sampel dimodulasi.

Amplitude modulation has also been used in the non-contact regime to image with atomic resolution by using very stiff cantilevers and small amplitudes in an ultra-high vacuum environment. Amplitudo modulasi juga telah digunakan dalam kontak-rezim non gambar dengan resolusi atom dengan menggunakan cantilevers sangat kaku dan amplitudo kecil dalam lingkungan yang tinggi-ultra vakum.

[ edit ] Tapping mode [ sunting ] mode Tapping

Single polymer chains (0.4 nm thick) recorded in a tapping mode under aqueous media with different pH. [ 2 ] Single rantai polimer (tebal 0,4 nm) dicatat dalam modus penyadapan di bawah media air dengan pH yang berbeda. [2]

In ambient conditions, most samples develop a liquid meniscus layer. Dalam kondisi ambien, sampel yang paling mengembangkan lapisan meniskus cairan. Because of this, keeping the probe tip close enough to the sample for short-range forces to become detectable while preventing the tip from sticking to the surface presents a major problem for non-contact dynamic mode in ambient conditions. Karena itu, menjaga ujung probe cukup dekat untuk sampel bagi pasukan jarak pendek untuk menjadi terdeteksi sementara mencegah ujung dari mencuat ke permukaan menyajikan masalah utama untuk non-kontak modus dinamis dalam kondisi kamar. Dynamic contact mode (also called intermittent contact or tapping mode) was developed to bypass this problem. [ 3 ] Dynamic menghubungi mode (juga disebut kontak intermiten atau alur mode) dikembangkan untuk melewati masalah ini. [3]

In tapping mode , the cantilever is driven to oscillate up and down at near its resonance frequency by a small piezoelectric element mounted in the AFM tip holder similar to non-contact mode. Dalam modus penyadapan, kantilever ini didorong untuk berosilasi naik dan turun di dekat frekuensi resonansi dengan elemen piezoelektrik kecil dipasang di ujung dudukan AFM mirip dengan mode non-kontak. However, the amplitude of this oscillation is greater than 10 nm, typically 100 to 200 nm. Namun, amplitudo osilasi ini lebih besar dari 10 nm, biasanya 100 sampai 200 nm. Due to the interaction of forces acting on the cantilever when the tip comes close to the surface, Van der Waals force , dipole-dipole interaction, electrostatic forces, etc cause the amplitude of this oscillation to decrease as the tip gets closer to the sample. Karena interaksi gaya yang bekerja pada ujung kantilever ketika datang dekat dengan permukaan, gaya Van der Waals , interaksi dipol-dipol, gaya elektrostatik, dll menyebabkan amplitudo osilasi ini menurun sebagai ujung semakin dekat untuk sampel. An electronic servo uses the piezoelectric actuator to control the height of the cantilever above the sample. Sebuah servo elektronik menggunakan aktuator piezoelektrik untuk mengontrol ketinggian kantilever di atas sampel. The servo adjusts the height to maintain a set cantilever oscillation amplitude as the cantilever is scanned over the sample. Servo menyesuaikan tinggi untuk memelihara amplitudo osilasi kantilever ditetapkan

sebagai penopang dipindai di atas sampel. A tapping AFM image is therefore produced by imaging the force of the intermittent contacts of the tip with the sample surface. Gambar AFM penyadapan itu dihasilkan oleh pencitraan kekuatan kontak intermiten ujung dengan permukaan sampel.

This method of "tapping" lessens the damage done to the surface and the tip compared to the amount done in contact mode. Metode "menekan" mengurangi kerusakan yang dilakukan pada permukaan dan ujung dibandingkan dengan jumlah yang dilakukan di dalam modus kontak. Tapping mode is gentle enough even for the visualization of supported lipid bilayers or adsorbed single polymer molecules (for instance, 0.4 nm thick chains of synthetic polyelectrolytes) under liquid medium. Modus Tapping adalah cukup lembut bahkan untuk visualisasi yang didukung bilayers lipid atau polimer molekul-molekul tunggal diadsorpsi (misalnya, tebal 0,4 nm rantai dari polielektrolit sintetis) di bawah media cair. With proper scanning parameters, the conformation of single molecules can remain unchanged for hours. [ 2 ] Dengan parameter pemindaian yang tepat, konformasi molekul tunggal bisa tetap tidak berubah selama berjam-jam. [2]

[ edit ] AFM cantilever deflection measurement [ sunting ] pengukuran lendutan kantilever AFM

AFM beam deflection detection AFM mendeteksi lendutan balok

Laser light from a solid state diode is reflected off the back of the cantilever and collected by a position sensitive detector (PSD) consisting of two closely spaced photodiodes whose output signal is collected by a differential amplifier . Sinar laser dari dioda solid state tercermin dari belakang kantilever dan dikumpulkan oleh detektor yang sensitif posisi (PSD) yang terdiri dari dua dekat jarak foto dioda sinyal output yang dikumpulkan oleh sebuah penguat diferensial . Angular displacement of cantilever results in one photodiode collecting more light than the other photodiode, producing an output signal (the difference between the photodiode signals normalized by their sum) which is proportional to the deflection of the cantilever. perpindahan sudut hasil kantilever dalam satu photodiode mengumpulkan lebih ringan daripada dioda lainnya,

menghasilkan sinyal output (perbedaan antara dioda sinyal dinormalisasi dengan jumlah mereka) yang sebanding dengan defleksi kantilever tersebut. It detects cantilever deflections <10 nm (thermal noise limited). Mendeteksi lendutan kantilever <10 nm (noise thermal terbatas). A long beam path (several centimeters) amplifies changes in beam angle. Sebuah jalan balok panjang (beberapa sentimeter) menguatkan perubahan sudut balok.

[ edit ] Force spectroscopy [ sunting ] spektroskopi Angkatan

Another major application of AFM (besides imaging) is force spectroscopy , the direct measurement of tip-sample interaction forces as a function of the gap between the tip and sample (the result of this measurement is called a force-distance curve). Aplikasi lain utama AFM (selain imaging) adalah gaya spektroskopi , pengukuran langsung sampel interaksi kekuatan-tip sebagai fungsi dari kesenjangan antara ujung dan sampel (hasil pengukuran ini disebut-jarak kurva force). For this method, the AFM tip is extended towards and retracted from the surface as the deflection of the cantilever is monitored as a function of piezoelectric displacement. Untuk metode ini, ujung AFM diperpanjang ke arah dan mencabut dari permukaan sebagai defleksi dari kantilever dipantau sebagai fungsi dari piezoelektrik perpindahan. These measurements have been used to measure nanoscale contacts, atomic bonding , Van der Waals forces , and Casimir forces , dissolution forces in liquids and single molecule stretching and rupture forces. [ 4 ] Furthermore, AFM was used to measure in aqueous environment dispersion force due to polymer adsorbed on the substarte. [ 5 ] Forces of the order of a few piconewtons can now be routinely measured with a vertical distance resolution of better than 0.1 nanometer. Pengukuran ini telah digunakan untuk mengukur kontak nano, ikatan atom , Van der Waals kekuatan , dan kekuatan Casimir , pembubaran pasukan dalam cairan dan molekul tunggal peregangan dan kekuatan pecah. [4] Selanjutnya, AFM telah digunakan untuk mengukur berlaku dispersi lingkungan berair karena untuk polimer teradsorpsi pada substarte tersebut. [5] Pasukan urutan beberapa piconewtons sekarang dapat secara rutin diukur dengan resolusi jarak vertikal yang lebih baik dari 0,1 nanometer. Force spectroscopy can be performed with either static or dynamic modes. Angkatan spektroskopi dapat dilakukan dengan baik mode statis atau dinamis. In dynamic modes, information about the cantilever vibration is monitored in addition to the static deflection. [ 6 ] Dalam mode dinamis, informasi tentang getaran kantilever dimonitor di samping defleksi statis. [6]

Problems with the technique include no direct measurement of the tip-sample separation and the common need for low stiffness cantilevers which tend to 'snap' to the surface. Masalah dengan teknik pengukuran langsung tidak termasuk pemisahan ujung-sampel dan kebutuhan umum untuk cantilevers kekakuan rendah yang cenderung untuk 'snap' ke permukaan. The snap-in can be reduced by measuring in liquids or by using stiffer cantilevers, but in the latter case a more sensitive deflection sensor is needed. snap-in dapat dikurangi dengan mengukur dalam cairan atau dengan menggunakan cantilevers kaku, tetapi dalam kasus yang terakhir sensor defleksi lebih sensitif diperlukan. By applying a small dither to the tip, the stiffness (force gradient) of the bond can be measured as well. [ 7 ] Dengan menerapkan kecil gentar ke ujung, kekakuan (gaya gradien) dari obligasi tersebut dapat diukur juga. [7]

[ edit ] Identification of individual surface atoms [ sunting ] Identifikasi atom permukaan individu

The atoms of a sodium chloride crystal viewed with an atomic force microscope Atom-atom dari natrium klorida kristal dilihat dengan mikroskop atom

The AFM can be used to image and manipulate atoms and structures on a variety of surfaces. AFM dapat digunakan untuk gambar dan memanipulasi atom dan struktur pada berbagai permukaan. The atom at the apex of the tip "senses" individual atoms on the underlying surface when it forms incipient chemical bonds with each atom. Atom pada puncak dari "indera" tip-masing atom pada permukaan yang mendasari ketika baru mulai membentuk ikatan kimia dengan setiap atom. Because these chemical interactions subtly alter the tip's vibration frequency, they can be detected and mapped. Karena interaksi kimia secara halus mengubah frekuensi getaran ujung, mereka dapat dideteksi dan dipetakan. This principle was used to distinguish between atoms of silicon, tin and lead on an alloy surface, by comparing these 'atomic fingerprints' to values obtained from large-scale density functional theory (DFT) simulations. [ 8 ] Prinsip ini digunakan untuk membedakan antara atom silikon, timah dan timbal pada permukaan paduan, dengan membandingkan 'ini atom' sidik jari dengan nilai-nilai yang diperoleh dari skala besar teori kerapatan fungsional (DFT) simulasi. [8]

The trick is to first measure these forces precisely for each type of atom expected in the sample, and then to compare with forces given by DFT simulations. Caranya adalah dengan pertama mengukur kekuatan-kekuatan ini tepat untuk setiap jenis atom yang diharapkan dalam sampel, kemudian untuk membandingkan dengan kekuatan yang diberikan oleh simulasi DFT. The team found that the tip interacted most strongly with silicon atoms, and interacted 23% and 41% less strongly with tin and lead atoms, respectively. Tim menemukan bahwa ujung paling kuat berinteraksi dengan atom silikon, dan berinteraksi 23% dan 41% kurang kuat dengan atom timah dan timbal, masing-masing. Thus, each different type of atom can be identified in the matrix as the tip is moved across the surface. Dengan demikian, setiap jenis atom yang berbeda dapat diidentifikasi dalam matriks sebagai ujung tersebut akan dipindahkan di seluruh permukaan.

Such a technique has been used now in biology and extended recently to cell biology. Seperti teknik yang telah digunakan sekarang di biologi dan diperpanjang baru-baru ini biologi sel. Forces corresponding to (i) the unbinding of receptor ligand couples (ii) unfolding of proteins (iii) cell adhesion at single cell scale have been gathered. Angkatan berhubungan dengan (i) mengikat pasangan ligan reseptor (ii) terungkapnya protein (iii) sel adhesi pada skala sel tunggal telah dikumpulkan.

Keuntungan dan Kerugian pemakaian AFM

The first atomic force microscope Mikroskop kekuatan atom pertama

Sama seperti alat lainnya, kegunaan sebuah AFM itu memiliki keterbatasan. Ketika menentukan apakah memerlukan atau tidak menganalisis sampel dengan AFM tepat, ada berbagai kelebihan dan kekurangan yang harus dipertimbangkan.

Keuntungan

AFM memiliki beberapa keunggulan dibandingkan mikroskop elektron scanning (SEM)..

Berbeda dengan mikroskop elektron yang menyediakan proyeksi dua dimensi atau gambar dua

dimensi dari sampel, AFM menyediakan profil permukaan tiga dimensi. Selain itu, sampel yang

diamati dengan AFM tidak memerlukan perawatan khusus (seperti logam / pelapis karbon) yang

ireversibel akan mengubah atau kerusakan sampel. Sementara mikroskop elektron kebutuhan

yang mahal vakum lingkungan untuk pengoperasian yang layak, mode AFM yang paling dapat

bekerja dengan baik di udara atau bahkan sebuah lingkungan cair. Hal ini memungkinkan untuk

mempelajari makromolekul biologi dan bahkan organisme hidup. Pada prinsipnya, AFM dapat

memberikan resolusi yang lebih tinggi dari SEM. Telah terbukti memberikan resolusi atom benar

di vakum ultra-tinggi (UHV) dan, baru-baru ini, dalam lingkungan cair. Resolusi AFM yang

tinggi sebanding dalam resolusi untuk pemindaian mikroskopi terowongan dan mikroskop

elektron transmisi .

Kekurangan menggunakan AFM

Kelemahan dari AFM dibandingkan dengan mikroskop elektron scanning (SEM) adalah scan

ukuran gambar tunggal. Dalam satu lewat, SEM dapat gambar area pada urutan persegi

milimeter dengan kedalaman lapangan atas perintah milimeter. Sedangkan AFM dapat hanya

gambar ketinggian maksimum pada urutan 10-20 mikrometer dan luas maksimum sekitar 150

pemindaian × 150 mikrometer. Salah satu metode meningkatkan dipindai luas wilayah untuk

AFM adalah dengan menggunakan probe paralel dengan cara yang mirip dengan yang

penyimpanan data m illipede .

Kecepatan pemindaian dari AFM juga pembatasan. Secara tradisional, sebuah AFM tidak dapat

memindai gambar secepat SEM, memerlukan beberapa menit untuk memindai khas, sementara

SEM mampu pemindaian pada waktu dekat nyata, meskipun pada kualitas relatif rendah.

Lambatnya tingkat yang relatif scanning selama pencitraan AFM sering menyebabkan drift

termal pada gambar membuat mikroskop AFM kurang cocok untuk pengukuran jarak akurat

antara fitur topografi pada gambar. Namun, desain beberapa bertindak cepat yang disarankan

untuk meningkatkan produktivitas mikroskop pemindaian termasuk apa yang disebut video AFM

(gambar kualitas yang wajar sedang diperoleh dengan videoAFM tarif video: lebih cepat dari

rata-rata SEM). Untuk menghilangkan distorsi gambar disebabkan oleh drift termal, beberapa

metode telah diperkenalkan.

AFM images can also be affected by hysteresis of the piezoelectric material [ 13 ] and cross-talk between the x , y , z axes that may require software enhancement and filtering. AFM gambar juga dapat dipengaruhi oleh histeresis dari bahan piezoelektrik [13] dan cross-talk antara x, y, z sumbu yang mungkin memerlukan perangkat tambahan perangkat lunak dan penyaringan. Such filtering could "flatten" out real topographical features. Seperti penyaringan bisa "meratakan" keluar Fitur topografis nyata. However, newer AFMs utilize closed-loop scanners which practically eliminate these problems. Namun, AFMs baru memanfaatkan scanner loop tertutup yang praktis menghilangkan masalah ini. Some AFMs also use separated orthogonal scanners (as opposed to a single tube) which also serve to eliminate part of the cross-talk problems. Beberapa AFMs juga menggunakan scanner terpisah ortogonal (sebagai lawan dari tabung tunggal) yang juga berfungsi untuk menghilangkan bagian dari masalah lintas-talk.

As with any other imaging technique, there is the possibility of image artifacts, which could be induced by an unsuitable tip, a poor operating environment, or even by the sample itself. Seperti halnya teknik pencitraan lain, ada kemungkinan artefak citra, yang dapat disebabkan oleh tip tidak cocok, sebuah lingkungan operasi miskin, atau bahkan oleh sampel sendiri. These image artifacts are unavoidable however, their occurrence and effect on results can be reduced through various methods. Artefak ini gambar yang tidak dapat dihindari Namun, kejadian dan efeknya pada hasil dapat dikurangi melalui berbagai metode.

Karena sifat probe AFM, mereka biasanya tidak dapat mengukur dinding curam atau overhang. Cantilever khusus dibuat dan AFM dapat digunakan untuk memodulasi probe samping serta atas dan ke bawah (seperti dengan kontak dinamis dan mode non-kontak) untuk mengukur dinding samping, pada biaya yang lebih mahal cantilevers, resolusi lateral lebih rendah dan artefak tambahan.

Scanner piezoelectric

Scanner AFM terbuat dari bahan piezoelectric, yang dapat memperluas dan kontrak proporsional ke tegangan yang diberikan. Apakah mereka memanjang atau kontrak tergantung pada polaritas tegangan yang diterapkan. Scanner ini dibangun dengan menggabungkan independen elektroda piezo dioperasikan untuk X, Y, dan Z ke dalam tabung tunggal, membentuk sebuah scanner yang dapat memanipulasi sampel dan probe dengan presisi ekstrim dalam 3 dimensi.

Scanner ditandai dengan sensitivitas mereka yang merupakan rasio gerakan piezo untuk piezo

tegangan, yaitu dengan berapa banyak bahan piezo memperluas atau kontrak per volt diterapkan.

Karena perbedaan dalam bahan atau ukuran, sensitivitas bervariasi dari scanner untuk pemindai..

Sensitivitas bervariasi non-linear dengan hormat untuk memindai ukuran. Scanner Piezo

menunjukkan sensitivitas lebih pada akhir daripada pada awal scan. Hal ini menyebabkan maju

dan mundur scan untuk berperilaku berbeda dan menampilkan hysteresis antara dua scan arah.

Hal ini bisa diperbaiki dengan menerapkan tegangan non-linear ke elektroda piezo menyebabkan

gerakan scanner linear dan kalibrasi scanner yang sesuai.

Sensitivitas bahan piezoelektrik menurun secara eksponensial terhadap waktu. Ini menyebabkan

sebagian besar perubahan sensitivitas terjadi pada tahap awal kehidupan scanner. piezoelectric

scanner dijalankan untuk sekitar 48 jam sebelum mereka dikirimkan dari pabrik sehingga mereka

melewati titik di mana mereka mungkin memiliki perubahan besar dalam sensitivitas. Sebagai

usia pemindai, sensitivitas akan berubah kurang dengan waktu dan pemindai jarang akan

membutuhkan kalibrasi ulang.

APLIKASI TEM-AFM

TEM