Công nghệ Piezo giúp tích hợp siêu kính hiển vi nguyên tử lực và kính hiển vi đồng tiêu

Trong các lĩnh vực khoa học đời sống, phân tích hóa dược hay khoa học vật liệu hiện đại, độ phân giải quang học và nội dung thông tin của các phương pháp hiển vi cổ điển đã không còn đủ đáp ứng. Để có được thông tin toàn diện nhất về một mẫu vật, các hệ thống kính hiển vi độ phân giải cao. Do việc định vị mẫu năng động và chính xác cực cao là yếu tố không thể thiếu trong hầu hết các lĩnh vực ứng dụng, các bàn quét dựa trên piezo là một giải pháp tối ưu.

Hệ thống mô-đun của WITec

Các hệ thống kính hiển vi tích hợp nhiều môđun của WITec cho phép kết hợp kính hiển vi Raman tiêu điểm với kính hiển vi lực nguyên tử.

Các hệ thống kính hiển vi độ phân giải siêu cao từ WITec có cấu trúc mô-đun. Điều này cho phép kết hợp kính hiển vi Raman đồng tiêu với kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) nếu cần thiết. Cùng một thiết bị có thể cung cấp và liên kết thông tin phân tử (Raman) và cấu trúc (AFM) từ cùng một vùng mẫu,.

Để có thông tin quang học độ phân giải cao hơn nữa, kính hiển vi có thể được trang bị thêm SNOM (kính hiển vi quang học quét trường gần). Kết quả là, các phân tích quang học, địa hình và phân tử chính xác đều có thể thực hiện được tùy theo yêu cầu của ứng dụng. Phổ ứng dụng của các kính hiển vi mô-đun này rất rộng, từ nghiên cứu dược phẩm, phân tích tế bào sống, quang tử nano, pháp y cho đến phân tích trong công nghệ quang điện hoặc bán dẫn,.

Bằng việc tích hợp 2 loại môđun kính hiển vi khác nhau vừa giúp kiểm tra được cấu trúc bề mặt sản phẩm lẫn cấu trúc liên kết của vật liệu cấu thành sản phẩm

Quan sát cận cảnh dưới giới hạn nhiễu xạ

Cấu trúc của màng polymer PEET-PET trên nền thủy tinh được ghi lại bằng AFM (trái), phổ Raman (phải) và hình ảnh màu giả của phổ Raman (giữa).

Với công nghệ hiển vi thông thường, độ phân giải vị trí bị giới hạn ở mức một nửa bước sóng do hiệu ứng nhiễu xạ trên vật kính. Ngược lại, SNOM có thể hiển thị các cấu trúc nhỏ hơn nhiều. Tại đây, một sợi thủy tinh dẫn ánh sáng laser vào một đầu đo rỗng. Ánh sáng này thoát ra qua một lỗ cực nhỏ ở đầu đo với đường kính nhỏ hơn 100 nm. Nếu lỗ của đầu đo được đưa sát vào bề mặt mẫu, một điểm sáng nhỏ hơn nhiều so với giới hạn nhiễu xạ của hiển vi cổ điển sẽ được chiếu sáng,.

Tùy thuộc vào hình học và độ mở của đầu đo, độ phân giải vị trí ngang có thể đạt tới khoảng 60 nm, trong khi với kính hiển vi đồng tiêu (ánh sáng), giá trị này chỉ nằm trong khoảng 200 đến 300 nm. Để quét mẫu theo từng điểm, mẫu được di chuyển dưới đầu đo bằng một bàn quét độ phân giải cao điều khiển bằng piezo. Tại mỗi vị trí, camera tích hợp sẽ ghi lại cường độ ánh sáng và lưu giá trị này cùng với thông tin vị trí để tạo ra hình ảnh,. Độ phân giải và độ chính xác của hình ảnh phụ thuộc trực tiếp vào độ chính xác định vị và độ ổn định của bàn quét.

Thông tin về địa hình bề mặt và "Dấu vân tay hóa học"

SNOM đồng thời cung cấp thông tin về địa hình bề mặt: Vì khoảng cách giữa đầu đo và bề mặt phải được giữ không đổi, bàn quét sẽ điều chỉnh vị trí mẫu theo phương Z để bù đắp độ nhám bề mặt, từ đó tạo ra dữ liệu địa hình bổ sung cho hình ảnh quang học,.

Trong phương pháp AFM, đầu đo cũng di chuyển trên bề mặt mẫu theo một lưới xác định. Các lực giữa đầu đo cực mảnh và bề mặt vật thể được đo lường để cung cấp thông tin về địa hình, cũng như các đặc tính mẫu như độ bám dính, độ cứng hoặc độ nhớt,. Độ phân giải ngang đạt mức 10 nm trở xuống.

Hiển vi Raman kết hợp kính hiển vi quang học đồng tiêu với máy quang phổ Raman. Trong hệ thống đồng tiêu, các khẩu độ được sử dụng để loại bỏ ánh sáng ngoài mặt phẳng tiêu, đảm bảo chỉ thông tin từ tiêu diện được chuyển đến máy quang phổ. Phổ Raman ghi lại cho mỗi điểm ảnh hoạt động như một "dấu vân tay" đặc trưng cho từng loại phân tử, giúp nhận dạng các thành phần hóa học và sự phân bố của chúng trong mẫu,.

Việc kết hợp hình ảnh Raman với AFM đòi hỏi bàn quét phải có hiệu suất cực cao. Vì các hình ảnh được ghi lại nối tiếp nhau, bất kỳ sự trôi (drift) nào cũng sẽ làm biến dạng mối tương quan giữa hai hình ảnh. Định vị chính xác trên cả ba trục là điều bắt buộc.

Yêu cầu về định vị: Độ phân giải và Động lực học cao

Đế đặt mẫu dựa trên công nghệ gốm áp điện - Piezo Ceramic là yếu tố thiết yếu cho việc định vị mẫu. Nó cho phép độ phân giải vị trí tốt hơn 2 nm

Hệ thống định vị dùng để quét phải có độ phân giải ở mức dưới nanomet. Đồng thời, yêu cầu về động lực học cũng rất khắt khe: Việc theo dõi địa hình theo hướng Z càng nhanh thì việc định vị trên các trục X và Y càng có thể diễn ra nhanh hơn. Điều này giúp rút ngắn thời gian đo và giảm thiểu sự trôi nhiệt vốn tăng dần theo thời gian.

Vì những lý do này, WITec đã lựa chọn bàn quét dựa trên piezo từ PI. Thiết bị được thiết kế cho khoảng cách làm việc 100 hoặc 200 µm trên mặt phẳng quét và 30 µm trên trục Z. Nó cho phép độ phân giải vị trí tốt hơn 2 nm. Do không có các thành phần cơ khí truyền thống gây ra ma sát hay khe hở (backlash), các bộ truyền động piezo mang lại độ phân giải chuyển động cực cao.

Cảm biến điện dung và Điện tử kỹ thuật số đảm bảo độ ổn định

Độ ổn định và độ chính xác quỹ đạo trong quá trình quét là yếu tố then chốt. Các cảm biến điện dung thực hiện việc dẫn hướng chủ động, đo lường mọi sai lệch so với hướng chuyển động và bù đắp trực tiếp trong thời gian thực.

Bộ điều khiển kỹ thuật số đi kèm được tối ưu hóa riêng cho bàn quét piezo, đảm bảo tính tuyến tính tốt ngay cả khi vận hành động lực cao. Các linh kiện điện tử làm việc với tần số xung nhịp cao, yếu tố quyết định để gán chính xác các giá trị vị trí của bộ quét piezo với camera ghi hình. Nếu quá chậm hoặc thiếu chính xác, độ phân giải sẽ bị mất và gây ra hiện tượng méo hình (jitter).

Nhờ kích thước nhỏ gọn, hệ thống quét dựa trên piezo này có thể dễ dàng tích hợp vào các kính hiển vi có không gian lắp đặt hạn chế.

Cập nhật thêm các giải pháp về quản lý chất lượng, tối ưu sản xuất của Physik Instrumente tại: https://v-proud.vn/vi/danh-muc/giai-phap-physik-instrumente

Đọc thêm:

• Tối Ưu Hóa Quy Trình Sản Xuất Wafer & Bài Toán Chi Phí
• BỘ TRUYỀN ĐỘNG TUYẾN TÍNH PIEZO TRONG CÔNG NGHỆ LASER
• Máy CMM hoạt động ngay tại xưởng sản xuất

V-Proud là nhà phân phối chính thức hãng của Physik Instrumente tại VIệt Nam, quý khách có nhu cầu mua hàng vui lòng liên hệ hotline hoặc Zalo 0896 555 247

• SHARE:
;