계측공학 레포트

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-contact AFM은 forcegradient로 표면형상을 얻을 수 있다.
캔틸레버의 spring constant가 k0일 경우를 생각하자. 탐침이 시료 표면 가까이 접근했을 때 탐침에 반데르 발스의 인력이 작용하기 때문에 캔틸레버의 spring constant는 원래의 값(k0)에서 새로운 spring constantkeff= k0-d F/dz로 변화게 된다. 인력이 작용할 경우, d F/dz>0 이므로, keff는 k0보다 작아진다. 이처럼 탐침과 시료 사이에 상호작용에 의해 spring constant의 변화가 non-contact mode 작동에 어떤 관계가 있는지 알아보자(Fig.3). 모든 물체는 고유한공진주파수(resonance frequency: f0)를 가지고 있다. 즉, 외부의 진동자(여기서는 bimorph: ac 전압을 인가 하여 인가된 전압의 주파수로 기계적으로 진동을 발생시키는 진동자 역할을 함)로 캔틸레버를 진동시킬 때, 진동자의 흔드는 주파수가 특정한 진동 주파수(f0) 근처에서 캔틸레버에 전달되는 진동이 상당히 커진다. 따라서 bimorph에 인가 하는 전압의 주파수를 낮은 값에서 높은 쪽으로 변화시키면서 각각의 주파수에서 캔틸레버가 진동하는 진폭을(lock-in으로 측정) 측정하고 이를 기록한다면 캔틸레버의 공진주파수와 주파수에 따른 특성을 알 수 있다. PSIsoftware에서는 \"NCM-Sweep\" 메뉴에서 이러한 작업을 수행한다.
Fig.3. 탐침과 시료 사이의 거리가 가까워지면d F/dz가 증가하며, keff는 줄어들어 캔틸레버의 공진주파수는 f0는 감소한다
Intermittent-contact AFM　 Intermittent-contact(IC) AFM은 NC-AFM과 비슷하지만 IC-AFM의 경우 진동하는 캔틸레버의 탐침이 시료 표면에 거의 닿을 수 있도록 시료에 접근한다. IC-AFM에 있어서도 NC-AFM의 경우처럼 시료와 탐침의 거리에 따라서 캔틸레버의 진동하는 진폭이 변하는 것을 측정하여 시료의 형상을 얻는다. 일반적으로 IC-AFM은 크게 영상화한다. IC-AFM의 경우는 NC-AFM과는 달리 탐침이 시료에 닿으므로 시료의 표면에 손상을 줄 수 있기 때문에 NC-AFM. 을 이용하는 것이 바람직하다.(Fig.4)
Fig. 4. IC-AFM의 시료 형상인 오름쪽 그림에서 왼쪽 사진(NC-AFM)에서는 볼 수 없었던 탐침이 시료를 긁은 자리를 볼 수 있다.

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