Microglider with AFM

FRT MicroGlider^® 와 AFM

The MicroGlider^®는 재료표면의 각특성배열에따라 다른 형태의 topograhy센서를 공급한다. 가장기본적인 측정센서 CHR150

은 대략1-2 µm의 미세한직경의 백색광을 촛점을 맞춘다. 그때문에 측면분해능이 제한받아서,sub-µm면적의 매우 정밀한 구조인 경우 이 센서로 측정되어질 수 없다.

그 대신 Scanning force microscopy라는 극고분해능을 방법으로서, 매우정밀한 cantilever(about 150 µm long/ 2 µm thick)

에 고정되고 표면에 위치하는 날카로운 탐침으로서, Atomic Force Microcope(AFM)으로 표면의 이미지를 얻는다. 탐침이

표면에 다가설때 Cantilever는 원자와 분자력상호작용에 의하여 팁과 표면사이에서 구부러지며, 이러한 변형은 light pen을 통하여 측정되며 feedback loop을통하여 샘플의 수직위치제어를 표면으로부터 일정거리유지시킨다. 센서 아래에 표면을 line by line의 측정방식에 의해, x축 y축방향으로 스캔해서 레버의 굽힘을 유지시킨다면, 샘플의 3차원 측정은 정확히 표면의 지형학을 나타내고 있는 것이다.

AFM은 MicroGlider에 옵션으로 사용되어지며, 특이한점은 Optic센서인 CHR150과 함께 한계측기에서 동시에 사용되어져 기능을 상호보완함으로서 극대화 할 수 있다

AFM측정을 위한 측정면적은 시각적으로 얻어진 측정에 의하여

마우스를 간단히 클릭하면 결정되어진다.

양센서는 그림2와 같이 상호 가까이 고정되어 있으며, 소프트웨어는 offset을 인식하고 자동으로 샘플을 요구하는 위치에 이송한다.

그리고, 극고분해능의 AFM이 위치한 점에서 데이터 레코딩한다.

이러한 방식의 도입으로, 한계측기에서 그동안 볼 수 없었던 초정밀 측정을 가능하게 하여 XY측정범위가 µm단위 면적~최대

600mm x 600mm의 면적을 nm와 µm의 분해능을 복합적으로 사용하여 표면형상을 정밀하게 측정한다.

오른쪽그림2:MicroGlider(CHR Optical sensor와 z축확장(왼쪽),

AFM(오른쪽) )

Sensor

Measuring modes

Equipment

Software

20 x 20 x 2 µm³

40 x 40 x 4 µm³

100 x 100 x 8 µm³

contact, non-contact, lateral force, magnetic force, phase contrast, electrostatic potential, force modulation, force modulation, liquid operation compatibility

Complete force microscope

coarse approach

software

manual

Measurement special

software

Analysis in Mark III

AFM의 원리

날카로운 탐침(Probe 혹은 Tip)이 표면에 수Å 이내로 접근하며 Scanning이 이루어 지며, 이때 표면과 탐침사이의 측정 변수를 전자적인 피이드백 함수로 제어함으로서 표면 이미지가 얻어진다. STM(Scanning Tunneling Microscopy)의 경우에는 시료와 탐침사이의 투과전류 (Tunneling Current)가 제어되고, AFM (Atomic Force Microscopy)의 경우에는 시료와 탐침사이의 접촉힘(Contact Force)이 제어되는데 Scanning이 이루어지면서 표면 굴곡 정도에 따라 나타나는 전류 혹은 힘의 변화를 높낮이 함수로 전환하여 이미지로 형상화 한다. AFM을 흔히 SFM(Scanning Force Microscopy)라고도 한다.

주요성능 : Contact Mode와 Dynamic Mode가 있으며, 분석을 위해 시료를 특별히 처리할 필요가 없으며 UHV하에서는 물론 대기상태에서도 작동되는 편리성을 지니고 있다. 탐침을 사용하는데 있어서 사용자가 해야할 특별한 처리는 없으며 상업적으로 시판되는 Si₃N₄혹은 Si Cantilever가 사용된다.

사용예 : 시료의 전기적인 특성과 무관하므로 도체, 반도체 및 부도체등 모든 시료의 분석에 범용적이용 최근 고분자표면에 대한 AFM 응용이 활발히 진행

STM에 사용되는 탐침(Tip)은 W 혹은 Pt/Ir합금으로이루어진 가는 선을 사용한다. STM에서는 탐침과 시료가 수 Å 이내로 접근할 경우, 탐침과 시료사이의 전압차에 의해 탐침과 시료의 접촉 없이도 전자투과(Electron Tunneling)이 일어나며, 그 전자투과 정도를 이미지로 형상화한다.
따라서 AFM과는 달리 STM은 원칙적으로 전도성 물질의 표면 분석만 가능하였으나, 기기와 분석방법이 발달함에 따라 부도체의 경우에도 도체위에 얇은 막으로 도핑(Monolayer 정도)하면 전자 터낼링이 일어나 이미지 분석이 가능하다. 따라서 현재에는 대부분이 부도체인 촉매연구에 있어서도 STM의 응용은 다양하게 진행되고 있다.
STM분석에 있어서도 시료표면을 특별히 처리할 필요는 없다. 탐침은 전기화학적으로 혹은 기계적으로 날카롭게 만든 후 사용하는데 탐침의 조건이 STM의 이미지를 좌우한다.

STM에 의한 Constant Current Mode와 Constant Height Mode두가지가 있다.

상업적으로 시판되는 SPM은 대부분이 AFM과 STM을 동시에 사용할수 있도록 되어 있으며 사용하고자하는 기기의 헤드를 교환함으로써 쉽게 사용기법을 선택할수 있다

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