MFM

소개글

MFM에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1,실험목적
2.이론
3.실험장비
4.실험과정
5.실험결과
6.고찰

본문내용

특성을 분석하는 기능을 지닌 종합적인 나노측정기술로 발전하고 있다.
<탐침의 형태>
SPM장치에서 탐침m 상호 작용력 검충을 위한 광학 기계부, 3차원 나노 스케너, 디지털 전자제어 장치, 소프트웨어로 구성되어 있다. 일반적으로 SPM탐침은 예리한 끝을 가진 나노 바늘이 느끼는 미세한 상호작용을 증폭하고 거시적인 세계로 전달하는 캔틸레버로 구성되어 있다. 탐침은 마이크로 머시닝으로 제작되며, 캔틸레버의 크기는 길이 100㎛, 폭 10㎛, 두께 1㎛정도이며, 캔틸레버 끝에 부착된 바늘은 높이 10㎛, 첨단의 직격이 10nm 정도로서 분해능과 응용분야에 따라 다양한 탐침이 개발되어 있다.
-AFM[Atomic Force Microscope]
AFM은 3차원 형상을 측정 기능을 수행하는 장치로 모든 SPM 측정 기술의 기본이 되는 장치이다. AFM은 탐침 끝의 원자와 시료 표면의 원자들 사이에 작용하는 척력과 van der waals 인력을 이용한다. 시료 표면의 원자와 캔틸레버 끝에 달린 바늘 사이의 원자력은 캔틸레버를 아래 위로 휘게하고, 캔틸레버의 각도 변위는 캔틸레버 윗면에서 반사되는 레이저 광선의 각도를 편향시킨다. 이 때 레이저 빔의 편향각도를 photodiode로 측정하여 표면의 굴곡을 인지한다. AFM 동작 중에 xkaclad의 마모를 최소화하고 데이터의 신뢰성, 재현성, 정량적 정보 획득을 위해 피드백 제어는 탐침이 시료를 XY방향으로 주사하는 동안 탐침과 시료 사이의 힘 또는 거리를 일정하게 유지하도록 시료나 탐침을 Z축 방향으로 구동하는 동작을 말한다. 탐침이 주사하는 동안 각각의 XY 위치에서 Z축에 피드백이 되는 전압은 시료의 굴곡 정보에 대응된다. 대부분 상용 AFM의 피드백 제어는 디지털 신호저리기에 의해 이루어진다.
AFM에 사용되는 XYZ스캐너는 압전세라믹을 주로 사용하며, 압전 세라믹은 원자수준에서 수백 micormeter영역을 주사할 수 있으며 원자 수준의 정밀도를 제공하낟. 압전 세라믹은 전기적 신호를 변위로 변환하는 장치로 정밀도가 높고, 소형화, 고속 응답이 가능하여 나노기술 분야에서 널리 활요되고 있다. 하지만 압전 구동기는 비선형성, 이력, Creep 현상으로 인하여 영상ㅇ의 왜곡을 발생시킬뿐만 아니라 데이터의 정확도와 신뢰도에 영향을 준다. 이러한 문제를 해결하기 위해 스캐너에 부착된 정밀 위치센서와 제어 알고리즘을 통하여 비선형 오차, 이력, 드리프트를 실시간으로 제어하고 보정할 수 있는 Closed-loop X-Y 주사 기술을 사용한다.
AFM은 일반적으로 시료와 탐침간의 접촉 유무, 작용하는 힘에 따라서 비접촉 모드, 접촉 모드 두 가지 방법으로 구분한다. 통상, 비접촉 모드는 시료와 탐침의 원자 사이의 인력(반 데르 발스 힘)를 검출하고, 접촉 모드는 원자 사이의 척력을 검출한다. 접촉 모드는 그 특성상 시료에 손상을 가할 수 있는데, 이러한 한계를 극복한 방식으로 Tapping Mode AFM이 있다. Tapping 모드는 큰 진폭과 간헐적인 캔틸레버(Cantilever, 탐침)의 시료와의 접촉을 통해 시료표면 정보를 얻어낸다. Tapping mode AFM을 위에서 말한 비접촉 모드에 분류할 것인지 접촉 모드에 분류할 것인지 학자들 사이에서 의견이 분분하다.
접촉모드[contact mode]
Silicon Nitride로 이루어진 탐침이 Sample 표면을 긁으면서 휘어지는 Cantilever에 반사되어 나오는 레이저를 측정하는 방법으로 시료가 단단하거나 표면 단차가 거칠지 않을 경우에 적합한 방법이다. 접촉 모드 동작 시 탐침에 작용하는 lateral force는 시료나 탐침의 손상에 직접적인 요인이며, 피드백 오차도 상대적으로 크게 발생시킨다. 특히 부드러운 시료와 단차가 큰 시료의 경우에 탐침의 손상이 일어나 미세 구조 측정을 어렵게 만든다. 하지만 작은 영역에서 평탄한 표면 영상을 얻거나 원자상을 얻을 시 고속 스캔이 가능하며, 때로는 고분해 상을 얻는데 활용된다.
비접촉모드[non-contact mode]
비접촉 모드는 탐침을 수 nm~수십nm 정도로 진동 시키면서 탐침과 시료 사이에 작용하는 힘(핵력)의 크기에 따라 변동하는 탐침의 진폭과 위상 정보를 이용하며 탐침과 시료 사이의 거리를 피드백 하는 기술이다. 이때 탐침을 진동시키는 주파수는 캔티레버의 공진 주파수로 설정해야만 충분한 분해능 상을 얻을 수 있다. 캔티레버가 자신의 공진 주파수로 진동할 경우 매우 미약한 힘에 의해서도 진폭이나 위상이 변하한다. 이러한 진동 진폭과 위상을 lock-in 증폭기로 매우 정밀하게 crwjd할 수 있다. 비접촉 모드 동작 시 실제로 탐침이 받는 힘은 거의 무시될 수 있어, 부드러운 시료나, 표면과 결합력이 매우 약한 물질을 쉽게 이미지 할 수 있으며, 스캔 동주 시료와 탐침 끝을 보호할 수 있다. 하지만 접촉 모드에 비해서 속도가 느리며, 피드백 파라미터 조절이 다소 어렵다. 대부분의 시료에 대해 접촉 모드보다 비접촉 모드에서 좋은 영상을 얻을 수 있으며, trench 구조물 측정에는 비접촉 모드가 적합하다.
Tapping mode
접촉 모드와 비접촉 모드 사이에 의견이 분분한 측정 방법인 Tapping mode는 측정하는 샘플을 톡톡 치는 형식으로 샘플을 스캔한다. 이런 Tapping mode의 장점은 접촉 모드에서의 샘플의 손상을 최대한 줄 일 수 있다는 것과 비접촉 모드보다 빠른 스캔닝을 할 수 있다는 것이다. 그러나 스캔 속도는 접촉 모드보다 느리고, 표면이 약한 물질에 대해서 접촉 모드 보다 손상이 적지만, 샘플의 손상을 피할 수 없어 재 측정시 전과 동일한 데이터를 얻기 힘들다는 단점이 있다.
-MFM[Magnetic Force Microscope]

MFM은 시료의 자기적 특성을 나노 스케일로 측정할 수 있는 현미경 기술이다. AFM 탐침의 바늘 끝에 자성을 띤 물질(Co, Ni)을 코팅하고 수직 방향으로 자화시키면서 미세 자석을 가진 MFM 탐침이 된다. MFM 탐침에서 발생하는 자기장과 자성 시료에서 발생하는 자기장의 쌍극자 상호 작용력을 통하여 표면의 자기 정보를 측정할 수 이

키워드

MFM,   magnetic,   microscophy