La Microscopie à Force Atomique (Atomic Force Microscopy " AFM ") est une technique permettant de visualiser avec une résolution nanométrique la morphologie tridimensionnelle de la surface d’un matériau, et de cartographier certaines de ses propriétés (adhésives, mécaniques, magnétiques, électriques, …). Cette technique permet l’observation des surfaces de tous types de matériaux solides (polymères, poudres, verres, textiles, fibres, échantillons biologiques, nanoparticules...) à l’air et en milieu liquide à pression atmosphérique.

L'AFM vous permet d'imager les surfaces de tous types de matériaux solides ainsi que leurs propriétés physiques à l'échelle nanométrique. 

Le principe de l’AFM repose sur la mesure des différentes forces d’interaction (forces de répulsion ionique, forces de Van-der-Waals, forces électrostatiques, etc…) entre les atomes de la surface de l'échantillon à observer et les atomes d’une pointe-sonde nanométrique, fixée sous un microlevier souple. Un faisceau laser, réfléchi sur la face arrière du microlevier et dirigé sur une photodiode 4 quadrants. La pointe balaye la surface et suit la topographie de l’échantillon, donnant une image tridimensionnelle du matériau analysé. Cette image permet en particulier de calculer les paramètres de rugosité.

Différents types de sondes sont utilisables afin d'obtenir une qualification et une quantification des différentes propriétés physiques de la surface.

 

NEW - AFM IR

Couplage de la résolution spatiale de l’AFM avec les capacités d’analyse chimique de l’IR afin de localiser des composés avec la résolution de l’AFM ~20 nm grâce à leur signature IR.

MODE CONTACT

Acquisition d'une image topographique tridimensionnelle
La déflexion du microlevier est maintenue constante par une boucle d’asservissement pendant que l’échantillon est déplacé en X, Y et Z. 

MODE TAPPING

Mesure simultanée de la topographie 3D et des paramètres viscoélastiques de la surface
La pointe oscille proche de sa fréquence de résonance et balaye la surface à amplitude constante. Le déphasage entre la sinusoïde appliquée à la pointe et celle acquise sur les photodiodes est dépendant des propriétés viscoélastiques de la surface et donne une image souvent plus détaillée que la topographie.

MODE PEAK FORCE TAPPING ET QNM

Mesure simultanée de la topographie 3D et des paramètres mécaniques
La force appliquée sur la pointe est contrôlée afin de préserver l'échantillon ainsi que la pointe de l'AFM. Les courbes approche-retrait à 2 kHz sont obtenues (spectroscopie de force) et analysées en temps réel afin d'extraire les paramètres mécaniques (module d'Young, adhésion pointe-surface, déformation..). Après calibration de la pointe, les mesures deviennent quantitatives.

MODE CONDUCTIVE ATOMIC FORCE MICROSCOPY

Acquisition simultanée de la topographie 3D et de la cartographie de courant d’une surface
Une différence de potentiel (VDC) est appliquée entre l’échantillon et la masse (ou la pointe et la masse) afin de mesurer le courant passant de la pointe à l’échantillon.

MODE SCANNING CAPACITANCE MICROSCOPY

Acquisition simultanée de la topographie 3D et de la cartographie des concentrations des porteurs de charges (discrimination des dopants n et p ainsi que des niveaux faibles et élevés de dopage)
Une différence de potentiel (VAC) est appliquée entre la pointe et l’échantillon dans le but de mesurer le changement de capacité entre la pointe et l’échantillon grâce à un circuit résonnant haute fréquence ultra sensible.

MODE SCANNING SPREADING RESISTANCE MICROSCOPY

Acquisition simultanée de la topographie 3D et de la cartographie de densité des porteurs de charge
Une différence de potentiel (VDC) entre la pointe et l’échantillon est appliquée. La résistance de spreading (et donc de la densité de porteurs de charge) est mesurée grâce à l’application d’une grande force sur la pointe combinée à l’utilisation d’un amplificateur large bande.

MODE KELVIN PROBE FORCE MICROSCOPY

Acquisition en deux passages de la topographie 3D et de la cartographie du potentiel de surface
Une différence de potentiel (VDC) est appliquée entre la pointe et l’échantillon pour compenser la différence de niveau du vide.

MODULE DE TRACTION

Etude de la fissuration ou de la déformation d’un revêtement sur un substrat souple.
Les caractéristiques de la platine de traction sont les suivantes : 

- Vitesse d’écartement des mors ajustable de 0,8 mm/min à 25 mm/min.

- Capteur de force (plage de 0-500 N), précision de 0,1 N.

- Capteur de déplacement (plage de 50 mm), précision de 0,01 mm
 

Spécifications techniques AFM

• Aire maximale accessible : 110 × 110 µm² (variation en z 14 µm maximum).
  Le stiching d'images est une possibilité pour observer des zones plus grandes. 
  Pour observer des zones plus grandes et nécessitant un débattement en z plus important, l'utilisation d'un profilomètre optique sera préférée.

• Résolution verticale : 0.1 Å

• Résolution latérale/Taille de la sonde : 2 - 150 nm

Forces de l'AFM

• Quantification de la rugosité de surface à l'échelle nanométrique
• Haute résolution spatiale
• Imagerie d'échantillons fragiles (nanoparticules, cellules, protéines...)
• Imagerie d'échantillons conducteurs et isolants
• Imagerie à pression atmosphérique ou milieu liquide
• Analyses des wafers jusqu'à 300 mm