Главная » Просмотр файлов » Принципы нанометрологии

Принципы нанометрологии (1027623), страница 46

Файл №1027623 Принципы нанометрологии (Раздаточные материалы от преподавателя) 46 страницаПринципы нанометрологии (1027623) страница 462017-12-21СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 46)

When the sampleand the cantilever are relatively remote from each other, such that there is nointeraction, the force curve data should be a horizontal line (i.e. the region ofnon-contact; see Figure 7.6). However, the laser has a finite spot size thatmay be larger than the size of the cantilever such that the laser beam reflectsoff the sample as well as the cantilever. This is particularly troublesome forreflective substrates, often resulting in optical interference, which manifestsitself as a sinusoidal oscillation or as a slight slope in the non-contact regionof the force curve [52].

This affects the way in which one defines attractive orrepulsive forces. A simple solution is to realign the laser on the cantileversuch that the beam does not impinge upon the underlying sample. Alternatively, the oscillation artefact may be removed from the force curve withknowledge of the wavelength of the laser. This optical problem has beenlargely solved in commercial AFMs by using superluminescent diodes, whichpossess high optical power and low coherence length.A further artefact is the hysteretic behaviour between the approach andretraction curves in the non-contact area.

The approach and retractioncurves often do not overlap in high-viscosity media due to fluid dynamiceffects [53]. Decreasing the rate at which the piezoelectric scanner translates197198C H A P T ER 7 : Scanning probe and particle beam microscopythe samples towards and away from the cantilever can help to minimizehysteresis by decreasing the drag caused by the fluid.Another frequently observed artefact in the force curve is caused by theapproach and retraction curves not overlapping in the region of contact butrather being offset laterally.

Such artefacts make it difficult to define the pointof contact, which is necessary to obtain separation values between the sampleand the tip. Such hysteresis artefacts are due to frictional effects as the tip(which is mounted in the AFM at an angle of typically 10 to 15 relative to thesample) slides on the sample surface.

This hysteresis is dependent upon thescan rate and reaches a minimum below which friction is dominated by stickslip effects and above which friction is dominated by shear forces. This artefactmay be corrected by mounting the sample perpendicular to the cantilever,thereby eliminating lateral movement of the cantilever on the sample.Viscoelastic properties of soft samples also make it difficult to determinethe point of contact and to measure accurately the forces of adhesion.

Whenthe cantilever makes contact with a soft sample, the cantilever may indent thesample such that the region of contact is non-linear. It is then difficult todetermine the point at which contact begins. The rate at which the sampleapproaches or retracts from the tip also affects the adhesive force measured onsoft samples. This is because the tip and sample are weakly joined over a largecontact area that does not decouple fast enough as the tip is withdrawn at veryhigh scan rates. Thus, the membrane deforms upward as the tip withdraws,causing an increased force of adhesion. Contact between a soft sample and thetip also affects the measured adhesion force in other ways.

As a tip is driveninto a soft sample the contact area increases as the sample deforms around thetip. Hence, increasing the contact force between the tip and sample increasesthe contact area, which in turn increases the number of interactions betweenthe tip and sample. Therefore, increasing contact force results in an increasedadhesive force between the tip and sample. To compare measured adhesionvalues, the contact force should be selected such that it does not vary fromexperiment to experiment. Additionally, slow scan rates should be used toallow the tip and sample to separate during retraction.7.4 Scanning probe microscopy of nanoparticlesAccurate measurement of nanoparticles using AFM requires intermittent ornon-contact mode imaging.

This reduces the lateral forces allowing imagingof the particle. For contact mode imaging, the high lateral force will displacethe weakly attached particles except under certain conditions. A closed-loopxy scanning system is also recommended, to minimise the drift of theElectron microscopypiezoelectric scanner in the x and y directions.

For very small particles it isalso important to have enough resolution for the z scanner, i.e. the dynamicrange of the z scanner should be reduced as much as possible, usually byusing a low-voltage mode of operation.SPM measurement of nanoparticles differs from that of electronmicroscopy in that it produces images in three dimensions, via the deflectionof a sharp probe and, unlike electron microscopy, simple lateral measurement is not practicable due to large tip–nanoparticle distortion.

The onlypractical solution to this is to measure the heights of the nanoparticle ratherthan the lateral dimensions.7.5 Electron microscopy7.5.1 Scanning electron microscopyThe scanning electron microscope (SEM) uses a very fine beam of electrons,which is made to scan the specimen under test as a raster of parallelcontiguous lines (see [54,55] for thorough descriptions of electron microscopy).

Upon hitting the specimen electrons will be reflected (backscatteredelectrons) or generated by interaction of the primary electrons with thesample (secondary electrons). The specimen is usually a solid object and thenumber of secondary electrons emitted by the surface will depend upon itstopography or nature. These are collected, amplified and analysed beforemodulating the beam of a cathode ray tube scanned in sympathy with thescanning beam. The image resembles that seen through an optical lens but ata much higher resolution.The dimensions of the probe beam determine the ultimate resolvingpower of the instrument. This is controlled in turn by the diffraction at thefinal aperture.

The ultimate probe size in an SEM is limited by diffraction,chromatic aberration and the size of the source.Typical SEMs can achieve image magnifications of 400 000 and havea resolution of around 1 nm with a field emission system and an in-lensdetector.

The magnification of the system is determined by the relative sizesof the scan on the recording camera and of the probe on the specimen surface.The magnification is, therefore, dependent upon the excitation of the scancoils, as modified by any residual magnetic or stray fields. It also dependssensitively on the working distance between the lens and the specimen. It isnot easy to measure the working distance physically but it can be reproducedwith sufficient accuracy by measuring the current required to focus the probeon the specimen surface.199200C H A P T ER 7 : Scanning probe and particle beam microscopyThe camera itself may not have a completely linear scan, so distortions ofthe magnification can occur. In considering the fidelity of the image, it isassumed that the specimen itself does not influence the linear response of thebeam; in other words that charging effects on the specimen surface arenegligible.

If calibration measurements of any accuracy are to be made, anymetal coating employed to make the surface conducting should be very thincompared to the structure to be measured, and is best avoided altogether ifpossible.Since charging is much more serious for low-energy secondary electronsthan for the higher-energy backscattered electrons, it is preferable to use thebackscattered signal for any calibration work, if the instrument is equipped tooperate in this mode. For similar reasons, if the specimen is prone tocharging, the use of a low-voltage primary beam rather than an appliedconductive coating is much to be preferred, but the resolution is lost again.The indicated magnification shown on the instrument is a useful guide butshould not be relied upon for accuracy better than 10 %.In all forms of microscopy, image degradation can occur from a number offactors.

These include poor sample preparation, flare, astigmatism, aberrations, type and intensity of illumination and the numerical apertures of thecondenser and objective lens [56].Electron backscattered diffraction (EBSD) provides crystallographicorientation information about the point where the electron beam strikesthe surface [57]. It has a spatial resolution down to 10 nm to 20 nmdepending on the electron beam conditions that are used. Because of theunique identification of crystal orientation with grain structure, EBSD canbe used to measure the size of grains in polycrystalline materials, and canalso be used to measure the size of crystalline nanoparticles when these aresectioned.

As EBSD relies on the regularity of the crystal structure, it canalso be used to estimate the degree of deformation in the surface layers ofa material.7.5.1.1 Choice of calibration specimen for scanning electronmicroscopySince there are various potential sources of image distortion in an SEM, itwould be convenient to have a calibration artefact that yields measurementsover the whole extent of the screen and in two orthogonal directions. Thusa cross-ruled diffraction grating or a square mesh of etched or electron beamwritten lines on a silicon substrate is an ideal specimen. The wide range ofmagnification covered by an SEM requires that meshes of different dimension are available to cover the full magnification range.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
7,74 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов учебной работы

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6390
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее