Иванов Ю.А. - Исследование поверхности методом атомно-силовой микроскопии, страница 3

AFAM – подключение ультразвукового пьезопреобразователя;

BV – гнездо подачи напряжения смещения.

Разъёмы, для подключения базового блока к контроллерам системы управления:

CONTROLLER 1 – подключение к СЗМ контроллеру;

CONTROLLER 2 – подключение к СЗМ контроллеру;

CONTROLLER T – подключение к термоконтроллеру.

Сменное основание и позиционер

Сменное основание устанавливается в базовый блок прибора и закрепляется тремя винтами.

На Рис. 12 показано расположение основных узлов сменного основания.

Рис. 12. Сменное основание

1, 2 – посадочные гнезда для установки измерительных головок; 3 – стойки для установки зеркала; 4 – позиционер; 5 – держатель кабелей измерительной головки; 6 – цилиндр механизма подвода; 7 – гнездо заземления; 8 – винты крепления к базовому блоку

На сменном основании имеется два типа посадочных гнезд (см. поз. 1, 2 на Рис. 12). Измерительные головки, в зависимости от вида, могут устанавливаться либо в посадочные гнезда 1, либо в посадочные гнезда 2.

Стойки 3 используются для установки вспомогательного зеркала при работе с системой видеонаблюдения.

В позиционер 4 устанавливается держатель образца (Рис. 13), сканер (Рис. 14), или другое устройство, на котором закрепляется образец.

Рис. 13. В позиционер установлен держатель образца Рис. 14. В позиционер установлен сканер

Позиционирование в плоскости XY осуществляется с помощью микрометрических винтов 1 (Рис. 1-9). Напротив микрометрических винтов расположены пружинные упоры 2, которые фиксируют устройство с образцом в позиционере, прижимая его к микрометрическим винтам.

Рис. 15. Основные части позиционера

1 – микрометрические винты; 2 – пружинные упоры

Полуконтактный режим СЗМ на NtegraSpectra

1. Включаем пилот, блок питания, системные контроллеры, компьютер.

2. Устанавливаем пьезостолик (отжимаем держатели и центрируем столик)

1. Опускаем предметный столик вниз механическим способом (столбик справа)

2. Запускам программу Nova

3. Устанавливаем образец (как показано на рисунке )

Устанавливаем рисочку, куда позиционировать кантилевер

1. Устанавливаем голову

1. Включаем камеру (программу) Aver-TV

2. Уводим кантилевер по одной из осей

3. Спускаем фокус вниз

4. Ставим затемнение 90%

5. Включаем лазер ( поворачиваем ключ в вкладке Nano 30 в подпункте (2. Excitation) ставим ND filter 1-2 в подпункте (1. Entrance) включаем лазер (до состояния Open)

6. Механически поднимаем образец до сведения лазера в точку. Фокусируемся на поверхности образца.

7. Выключаем лазер в меню Entrance. Поворачиваем заслонку в «none» . Поворачиваем ключ- выключаем лазер.

8. Перемещаем образец для нахождения ступеньки по осям Х-У

1. Переместили по 1 оси

2. Дофокусировали.

1. После выбора предположительной области сканирования поднимаем фокус вверх.

2. Выводим кантилевер обратно и совмещаем его конец с лазерным пятном.

3. Настраиваем фокус и параметры Aiming (DFL (0.0) и LF(0.0))

4. Устанавливаем рабочую частоту пьезодрайвера

Для этого следует перейти на вкладку Resonance.

Задайте диапазон, в котором будет измеряться частотная зависимость амплитуды колебаний кантилевера (поля ввода From, To), от 90 до 500 кГц. (Это зависит от кантилевера, нужно уточнять на упаковке).

Запустите процедуру автоматического поиска резонансной частоты, щелкнув на кнопке Run.

В результате выполнения этой процедуры:

− будет измерена частотная зависимость амплитуды колебаний кантилевера (сигнала Mag);

− определена резонансная частота кантилевера;

− установлена рабочая частота пьезодрайвера, равная резонансной частоте кантилевера;

− на панели частотных зависимостей будет отображена частотная зависимость сигнала Mag вблизи максимума

1. Устанавливаем начальный уровень сигнала Mag.

Начальный уровень сигнала Mag рекомендуется установить в интервале 20÷25 единиц.

1. Подводим образец к зонду.

Для этого надо перейти на вкладку Approach (кнопка Approach на панели основных операций)

Запустите процедуру подвода, щелкнув на кнопке Landing.

В результате выполнения этой процедуры:

− замкнется цепь обратной связи, и Z-сканер выдвинется на максимальную длину, что отобразится на индикаторе выдвижения сканера, который находится в нижнем левом углу главного окна программы . Степень выдвижения сканера характеризуется длиной цветной полосы;

− будет автоматически установлено значение параметра Set Point, равным половине величины текущего значения сигнала Mag (т.е. Set Point=Mag/2);

− включится шаговый двигатель, выполняющий подвод образца к зонду.

В процессе подвода следите за изменениями сигнала Mag по программному осциллографу, за состоянием индикатора выдвижения сканера и ждите окончания процесса подвода.

Через 10÷30 секунд, при правильной настройке параметров подвода, подвод закончится и произойдет следующее:

Процесс подвода 1 – индикатор выдвижения сканера; 2 – журнал

− сигнал Mag уменьшится до значения параметра Set Point, цепь обратная связи будет поддерживать Z-сканер в положении, при котором сигнал Mag равен Set Point, причем это положение сканера будет соответствовать примерно половине диапазона выдвижения сканера;

− длина линии индикатора уменьшится и займет некоторое промежуточное положение

− шаговый двигатель отключится;

− уменьшение сигнала Mag до значения параметра Set Point будет отображено на зависимости Mag(t), на программном осциллографе;

− в журнале появится сообщение «…Approach Done. » .

1. Установка параметров сканирования.

Перейдите на вкладку Scan

Панель основных параметров

В верхней части вкладки Scan находится панель управления сканированием

Панель управления вкладки Scan

Выбор АСМ метода

На панели управления в списке Mode (выбор методов сканирования) выберите метод Semicontact Topography. При этом в контроллере автоматически будут выполнены соответствующие переключения.

Выбор Полуконтактного Метода

Выбор области сканирования

Рекомендации по выбору начального размера области сканирования:

− если о свойствах поверхности образца имеется некоторая предварительная информация, и есть уверенность в том, что перепад высот ожидаемого рельефа не выходит за пределы диапазона Z-сканера, можно установить максимальное поле сканирования;

− в случае образца, о свойствах поверхности которого ничего не известно, рекомендуется начинать сканирование с области, имеющей небольшие размеры, например, около 0.5÷1 мкм. По результатам сканирования небольшой области можно подобрать и установить оптимальные значения таких параметров, как скорость сканирования, Set Point, FB Gain. Затем можно изменить область сканирования.

Чтобы изменить размер и выбрать область сканирования в пределах максимально возможной, выполните следующие действия:

1. Включите опцию изменения размера и выбора области, щелкнув на кнопке на панели отображения 2D-данных сканирования .

Панель отображения 2D-данных сканирования

1 – границы выбранной области сканирования; 2 – курсор, показывающий положение зонда

1. При помощи мыши измените размер и положение области сканирования

2. Щелкните на кнопке . Проверьте, что в пределах выбранной области сканирования зонд всюду достает до поверхности и нигде не «врезается» в нее. Для этого нажав левую клавишу мыши и удерживая ее, перемещайте курсор в пределах выбранной области сканирования. Перемещение курсора отражает реальное перемещение зонда относительно поверхности образца. Степень выдвижения пьезосканера контролируйте по индикатору в нижней части окна.

Устанавливаем размер сканированного изображения.

Устанавливаем скорость сканирования. Первоначально рекомендуется установить частоту сканирования строк (параметр Frequency) в пределах 0.5÷2 Гц

Запуск сканирования.

После того как выполнены подготовительные операции, произведен подвод зонда к образцу, выбрана рабочая точка, установлены параметры сканирования, можно начинать сканирование поверхности образца.

Для запуска сканирования щелкните на кнопке Run, расположенной на панели управления вкладки Scan

В результате щелчка на кнопке Run:

− начнется построчное сканирование поверхности образца и в области отображения 2D-данных сканирования, строчка за строчкой, начнет появляться изображение сканируемой поверхности

− на панели отображения 1D-данных при сканировании будет построчно отображаться измеряемый сигнал

− на панели управления вкладки Scan некоторые кнопки исчезнут, и появится ряд новых кнопок: Pause, Restart, Stop

Завершение измерений

Для завершения измерений выполните следующие действия:

1. Разомкните цепь обратной связи.

2. Отведите образец от зонда.

24. Сохраните полученные результаты.

Проведение измерений и обработка данных

На зондовой лаборатории NtegraSpectra было проведено сканирование тестовой калибровочной решетки TGZ3 фирмы NT-MDT зондом NSG01 этой же фирмы.

Заявленные данные от производителя:

После обработки полученных сканов мы получили:

Период решетки, как и заявлено 3мкм.

Заданная высота = (660 ± 4)нм

По данным программы Gwyddion высота равна ~ 670 нм.

Порядок выполнения работы

-Ознакомиться с описанием работы и лабораторной установкой.

-Сдать зачет по теоретической части. Получить допуск преподавателя к работе.

-Получить у инженера Наноцентра лабораторные образцы, необходимые материалы и инструменты (перчатки, пинцет, вакуумный скотч, растворитель и др.).

-Очистить образцы от загрязнений, как указано в настоящем описании.

ВНИМАНИЕ! Все дальнейшие действия на установке совершаются студентами только в присутствии инженера Наноцентра.

Размер студенческой группы при выполнении лабораторной работы – не более 3-х человек.

-Поместить образец в установку и исследовать область поверхности образца, указанную преподавателем.

-Построить профиль поверхности образца, используя программное обеспечение установки.

-Перейти к исследованию следующего (по указанию преподавателя) образца.

-Извлечь образец и выключить установку.

-Оформить отчет о работе.

Содержание отчета

Название и цель работы.

Технические характеристики установки.

Используемые инструменты и материалы.

Описание исследованных образцов.