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How AFM Works

Atomic force microscopy is arguably the most versatile and powerful microscopy technology for studying samples at nanoscale. It is versatile because an atomic force microscope can not only image in three-dimensional topography, but it also provides various types of surface measurements to the needs of scientists and engineers. It is powerful because an AFM can generate images at atomic resolution with angstrom scale resolution height information, with minimum sample preparation.

So, how does an AFM work? In this page, we introduce you to the principles of an AFM with an easy to understand video animations. Feel free to share this page with others, and to email us if you have any questions.


원자현미경의 원리

나노의 세계
'나노' 라는 단어는 고대 그리스에서 ‘난쟁이’를 뜻하는 나노스(nanos)란 말에서 유래되었으며, 10-9 이라는 작은 단위의 인수를 나타내는 접두어입니다. 따라서, 나노미터는 1 미터의 10억분의 1에 해당하며, 이와 같은 길이의 척도에서는 분자들 간에 상호작용하는 힘과 양자 효과가 나타나게 됩니다. 나노 규모가 얼마나 작은가를 좀 더 이해하기 쉬운 각도에서 본다면, 사과와 비교된 원자의 크기가 전체 지구에 비교된 사과의 크기와 비슷하다는 것을 생각해 보시면 됩니다 원자현미경(AFM)은 이처럼 작은 나노의 세계를 관찰할 수 있게 해주는 장비입니다.

원자현미경의 원리
- 표면감지
원자현미경은 캔틸레버(cantilever)라고 불리는 작은 막대 끝에 달려 있는 미세한 탐침(probe)을 시료 표면 가까이 가져갈 때 생기는 원자간의 상호작용력을 측정해 시료 표면을 살피게 됩니다. 탐침의 끝 부분이 시료표면에 매우 가깝게 접근하게 되면, 시료 표면의 원자와 탐침 끝의 원자 사이에 상호작용력이 탐침을 표면 쪽으로 끌어 당기게 됩니다. 하지만, 탐침이 표면으로 너무 가까이 근접하게 되면 탐침 끝이 시료표면에 닿으며 척력이 점점 커지게 되면서, 결국엔 탐침을 시료표면으로부터 밀어 내며 휘게 만듭니다.

- 이미지 측정 방식
캔틸레버의 표면에 대한 양 방향 휘어짐은 레이저빔을 이용하여 측정합니다. 먼저 레이저빔을 평편한 캔틸레버의 상부표면에 조사하여 반사시킵니다. 미세한 캔틸레버의 휘어짐이 발생하면, 이는 레이저빔의 반사되는 방향에 변화를 주게 되고,이 위치변화를 고감도 광전 다이오드(PSPD)를 이용하여 모니터합니다. 따라서, 만약 원자현미경의 탐침이 표면의 특징적인 돌출 부위를 지나가게 되면, 이에 따른 캔틸레버의 휘어짐이 발행하고(그리고 이어지는 반사된 레이저빔의 방향의 변화) 이 는 PSPD에 의해 측정 됩니다.

- 표면 형상 측정
원자현미경은 관찰하고자 하는 시료표면에 탐침을 주사함으로써 시료 표면의 모양을 영상화합니다. 시료 표면의 돌출된 모양과 움푹들어간 모양의 표면특징들은 탐침을 휘게 만들고, 이 변화를 PSPD 로 감지합니다. 피드백 회로를 이용하여 탐침 이 휜정도를 일정하게 유지시키며 샘플 표면을 스캔하게 되면 정확한 샘플 표면 형상을 이미지화 할 수 있습니다.

 

How AFM Works