Las imperfecciones de la superficie en dispositivos como engranajes o palancas pueden tener efectos desastrosos en la confiabilidad. Estudios recientes han demostrado la utilidad de los microscopios de fuerza atómica (AFM), instrumentos que utilizan pequeñas puntas de silicio para trazar la topografía de todo tipo de sustratos, para determinar la rugosidad de la superficie de forma no destructiva. Usar AFM de manera efectiva en lugares de trabajo industriales, sin embargo, no es sencillo y requiere un enfoque diferente para el diseño de microscopios. Como la altura de la punta del AFM y los mecanismos de escaneo restringen los movimientos de medición a menos de diez micrómetros verticalmente y varias decenas de micrómetros lateralmente, la mayoría de los AFM solo pueden medir las superficies de objetos extremadamente pequeños.
Shihua Wang del Centro Nacional de Metrología de A * STAR Singapur y sus compañeros de trabajo han desarrollado un AFM que puede medir estructuras de surcos que tienen 100 micrómetros de profundidad, gracias a un auto-fabricado, punta afilada hecha de diamante. Al conectar esta punta a un AFM metrológico de gran alcance (LRM-AFM), los investigadores han desarrollado un AFM capaz de escanear en un rango milimétrico con resolución a nanoescala.
Wang y su equipo estaban interesados en usar AFM para medir "pasos" a nano y microescala hechos de ranuras rectangulares talladas en silicio sólido. Estos objetos con una profundidad de más de 10 micrómetros, que son importantes estándares metrológicos utilizados para calibrar instrumentos de perfilado de superficies, son imposibles de inspeccionar con AFM normales. Además de las limitaciones del escáner, El diseño normal de una sonda AFM, en la que una punta corta se extiende desde un voladizo horizontal largo, a menudo causa colisiones con las paredes laterales de la ranura si el escalón es más profundo que la altura de la punta.
Para resolver este problema, los investigadores utilizaron por primera vez un proceso catalítico novedoso para hacer crecer un pilar de diamante delgado, más de 100 micrómetros de largo, de un sustrato plano. Luego utilizaron un haz de iones enfocado para afilar el extremo del pilar en una punta piramidal de tres lados con un radio del orden de diez nanómetros, un procedimiento desafiante, según Wang. Finalmente, pegaron cuidadosamente la punta de diamante en un micro voladizo en su LRM-AFM recientemente desarrollado que tiene rangos de escaneo de escala milimétrica.
Los investigadores revelaron que su punta de diamante tenía una alta calidad mecánica, y podría resolver estructuras de superficie con una resolución superior a nanómetros. Además, La longitud extendida de la punta, más de diez veces mayor que las puntas convencionales, significaba que las puntas de diamante podían escanear fácilmente estructuras escalonadas que iban desde varios nanómetros hasta 100 micrómetros de profundidad. Este enfoque incluso permitió mediciones precisas de las paredes laterales de las ranuras difíciles de localizar.
Una vez que los investigadores optimicen los parámetros de escaneo de esta nueva técnica de microscopía, anticipan que esto puede conducir a la exploración de nuevas aplicaciones en las industrias de semiconductores e ingeniería de precisión, lo que a su vez puede ayudar a los fabricantes a lograr una producción aún mayor.
