소속 Manager : 숙명여자대학교 공동기기실

기기 Instrument : Scanning Probe Microscope

기능(사용) Usage :​ 원자현미경은 텅스텐으로 만든 바늘대신에 마이크로머시닝으로 제조된 캔틸레버라고 불리는 작은 막대를 사용하는데 이는 미세한 힘에 의해서도 쉽게 휘어지도록 만들어졌으며 끝부분에는 뾰족한 바늘이 달려있으며 이바늘의 끝은 STM의 탐침처럼 원자 몇
개 정도의 크기로 매우 첨예하다. 이 탐침을 시료 표면에 접근시키면 탐침 끝의 원자와 시료 표면의 원자 사이에 서로의 간격에 따라 끌어 당기거나 밀치는 힘이 작용한다. Contact mode의 AFM에서는 척력을 사용하는데 그 힘의 크기는 아주 미세하지만 캔틸레버 역시 아주 민감하므로 그 힘에 의해 휘어지게 된다. 이 캔틸레버가 아래 위로 휘는 것을 측정하기 위하여 레이저 광선을 캔틸레버에 비추고 캔틸레버 윗면에서 반사된 광선의 각도를 Photodiode를 사용하여 측정한다. 이렇게 하면 바늘 끝이 0.01nm 정도로 미세하게 움직이는 것까지 측정해 낼 수 있다. 바늘 끝의 움직임을 구동기에 feedback하여 AFM의 캔틸레버가 일정하게 휘도록 유지시키면 탐침 끝과 시료사이의 간격도 일정해지므로 STM의 경우에서와 같이 시료의 형상을 측정해 낼 수 있다. NonContact mode의 AFM에서는 원자사이의 인력을 사용하는데 그 힘의 크기느 0.1-0.01nN 정도로 시료에 인가하는 힘이 contact mode에 비해 훨씬 작아 손상되기 쉬운 부드러운 시료를 측정하는데 적합하다. 원자간 인력이 너무 작아 캔틸레버가 휘는 각도를 직접 잴 수 없기 때문에 noncontact mode에서는 캔틸레버를 고유진동수 부근에서 기계적으로 진동 시킨다. 시료표면에 다가가면 원자간의 인력에 의해 고유진동수가 변하게 되어 진폭과 위상에 변화가 생기고 그 변화를 lock-in amp.로 측정한다. 원자간에 상호작용하는 힘은 시료의 전기적 성질에 관계없이 항상 존재하므로 도체나 부도체 모두를 높은 분해능으로 관찰할 수 있다. 원자현미경의 배율은 수천만 배로서 개개의 원자를 관찰할 수 있다. 원자 현미경의 수직 방향의 분해능은 수평방향 보다  더욱 좋아서 원자 지름의 수십 만분의 일까지도 측정해 낼 수 있다. SPM의 원리는 탐침을 시료 표면 위로 근접시켰을 때 시료 표면에 분포하는 원자와 탐침 끝의 원자 사이에 작용하는 매우 작은 힘은 cantilever라는 스프링에 전달된다. 스프링에 전달된 힘은 스프링을 휘게하고, 스프링에 레이저를 입사시켜 반사된 빛을 위치센서로 읽어 시료에 대한 표면 정도를 알아낸다. 따라서 SPM은 탐침이 시료표면을 각각의 위치로 옮겨다니면서 원자간의 힘을 측정함으로써 각 점에서의 높이에 대한 정확한 정보를 얻는다.​