기본

 역사적으로 AFM은 시료의 상대적의 크기를 알아내는데 적절한 기구임이 인정되어 왔으나, 시료의 절대적 크기를 정확하게 알아내는 데에는 많은 어려움이 있었습니다. 연구분야나 산업계에서 측정해야 하는 시료들이 작아지면 작아질수록 AFM을 이용하여 시료 표면 구조의 절대적 크기를 정밀히, 반복적으로 측정해야 할 필요성이 점점 커지고 있습니다.

나노미터 스케일의 측정을 위해서는 측정결과의 정확도와 신뢰도 외에도, 여러가지 다양한 옵션과 모드들을 유연하게 사용할 수 있는지가 해상도만큼이나 중요합니다. AFM을 구매하거나 업그레이드 해야할 때 고객의 다양한 응용분야의 필요와 상관없이, AFM 성능은 아래 설명된 7가지 속성들에 크게 영향을 받는다.

XY 스캔의 선형성은 AFM으로 측정한 결과 이미지의 정확성을 결정하는 아주 중요한 특성입니다. 만약 튜브 스캐너처럼 X방향과 Y방향의 움직임이 서로 상관관계에 있다면, X방향으로의 움직임은 스캐너의 Y방향 움직임에 직접적으로 영향을 끼치게 됩니다. XY 스캔의 선형성은 그림5에 보여지는 것처럼 두 개의 직교 스캔을 사용하여 그 후의 이미지를 비교하면서 측정합니다. 이 두 이미지의 어긋남이 X방향과 Y방향 움직임이 얼마나 선형적인지를 보여줄 것입니다.

이런 이유로, AFM을 사려는 사람들은 X와 Y 스캔 선형성을 최대화 시키는 설계를 가진 스캐너를 찾아야만 합니다. 좋은 AFM 스캐너는 무작위로 뽑은 좌표에서(그림6참고), 스캔속도(그림7참고), 스캔 크기 그리고 스캐너 오프셋(그림8참고)에 상관없이 XY 스캐너의 선형성이 0.05%보다 작아야 합니다

탐침의 수명은 일정하게 고화질 이미지를 안정적으로 얻기 위해서 중요한 요소입니다. 탐침이 시료와 접촉하여 끝이 뭉툭해지면 AFM의 분해능이 떨어질 뿐 아니라 이미지의 질적인 하락을 일으킵니다. 표면이 부드러운 시료들은 탐침이 시료에 접촉하게 되면 탐침 뿐만 아니라 시료 표면에도 손상이 가기 때문에 높이 측정의 부정확성을 초래하게 됩니다. 따라서, 탐침을 보존하는 것은 고분해능의 정확한 결과를 얻어내는데 있어 매우 중요합니다.

탐침의 수명을 실험하는 가장 좋은 방법중의 하나는 단단한 시료로 뾰족뾰족하고 날카로운 미세 돌출 구조들을 가지고 있는 CrN의 표면을 AFM을 이용하여 측정하는 것입니다. 만약 탐침이 손상되어 뭉툭해진다면 이 탐침은 날카로운 돌출 구조들의 바닥면에 닿지 못하게 되고, 이로 인해 이미지가 선명하지 못하고 흐릿하게 됩니다. 좋은 AFM은 그림 9에 보여지는 것처럼 똑같은 시료 표면의 거칠기(그림10참고)를 유지하면서 CrN 시료를 100 번 측정한 후에도 탐침을 날카롭게 보존할 수 있어야 합니다.

AFM 탐침은 장비 내부의 기계장치들이 온도의 영향으로 인해 늘어나거나 줄어듦으로 인해 원치 않는 움직임을 보일 수 있습니다. 1 um보다 작은 시료들을 정확하게 측정하기 위해서는 온도 드리프트라고 불리우는 이 원치 않았던 움직임은, 반드시 최소화되어야만 합니다. X방향과 Y방향의 온도 드리프트 정도는 시료 표면의 특징적인 구조의 위치를 표시하고 여러 번 반복 스캔한 후에 이 위치에서 어떠한 편차가 생겼는지를 측정하여 구할 수 있습니다. 좋은 AFM이라면 보통 온도 드리프트 비율이 1.5 nm/minute/℃.보다 작습니다.

1980년대에 개발된 이후, AFM은 나노크기의 계측 및 연구를 하는데 있어 가장 강력한 도구가 되었습니다. 최근에 이르러서는 사용자들의 관심 연구분야와 특정 시료의 특성에 따라 AFM으로 다양한 물리적 성질들을 파악할 수 있는 기능적 도구로 발전하고 있습니다. 그 중에서도 중요한 부분들은 다음과 같은 물성을 측정할 수 있는 SPM 모드입니다.

좋은 AFM이라면 여러가지 다양한 상황과 시료환경에서도 실험 결과를 얻기 위해 반드시 다양한 종류의 옵션들과 호환이 가능해야 합니다. 그중에서도 중요한 옵션들은 다음과 같습니다.