Иванов Ю.А. - Исследование поверхности методом атомно-силовой микроскопии (1060068), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Теория «полуконтактного» режима значительно сложнее теории бесконтактного режима, поскольку в этом случае уравнение, описывающее движение кантилевера, нелинейно. Сила F_PS(z(t)) теперь не может быть разложена в ряд по малым z. Однако характерные особенности данного режима сходны с особенностями бесконтактного режима — амплитуда и фаза колебаний кантилевера зависят от степени взаимодействия поверхности и зонда в нижней точке колебаний кантилевера. Поскольку в нижней точке колебаний зонд механически взаимодействует с поверхностью, то на изменение амплитуды и фазы колебаний кантилевера в этом режиме существенное влияние оказывает локальная жёсткость поверхности образцов.

Формирование АСМ изображения поверхности в режиме колебаний кантилевера происходит следующим образом. С помощью пьезовибратора возбуждаются колебания кантилевера на частоте w (близкой к резонансной частоте кантилевера) с амплитудой A_W. При сканировании система обратной связи АСМ поддерживает постоянную A_W амплитуду колебаний кантилеверана уровне A₀ , задаваемом оператором (A₀<A_W). Напряжение в петле обратной связи (на z-электроде сканера) записывается в память компьютера в качестве АСМ изображения рельефа поверхности. Одновременно при сканировании образца в каждой точке регистрируется изменение фазы колебаний кантилевера, которое записывается в виде распределения фазового контакта.

Когда в процессе колебаний кончик зонда касается поверхности образца, он испытывает не только отталкивающие, но и адгезионные, капиллярные и ряд других сил. В результате взаимодействия зонда с поверхностью образца происходит сдвиг не только частоты, но и фазы колебаний. Если поверхность образца является неоднородной по своим свойствам, соответствующим будет и фазовый сдвиг. Распределение фазового сдвига по поверхности будет отражать распределение характеристик материала образца.

Траектория движения зонда при сканировании

Одним из недостатков, присущих всем методам сканирующей зондовой микроскопии, является конечный размер рабочей части используемых зондов. Это приводит к существенному ухудшению пространственного разрешения микроскопов и значительным искажениям в СЗМ изображениях при сканировании поверхностей с неровностями рельефа, сравнимыми с характерными размерами рабочей части зонда. По схематическому изображению сканирования зондом различных неровностей поверхности (рисунок 6) видно, что из-за формы зонда получаемое изображение размывается.

а)

б)

в)

Рисунок 6 — Траектории движения зонда по поверхности при сканировании

Например, при сканировании выступа зондом NSG01 компании "НТ-МДТ" получается следующее (рисунок 7).

Рисунок 7 — Зонд NSG01 при сканировании уступа

При продолжительном сканировании острие зонда затупляется (рисунок 8) или к нему могут прилипать частицы сканируемого вещества, что еще больше размывает получаемое изображение.

Рисунок 8 — Изменение траектории зонда при его изнашивании

Зондовая нанолаборатория NtegraSpectra

Назначение и краткое описание

ЗНЛ ИНТЕГРА Спектра в конфигурации с оптикой высокого разрешения позволяет в процессе сканирования проводить наблюдение участка образца непосредственно под зондом с разрешением 0.4 мкм. Оптическая измерительная головка обеспечивает получение оптического изображения высокого разрешения (0.4 мкм) поверхности исследуемого объекта, в том числе, и непосредственно под острием зонда, облучение светом видимого диапазона поверхности ( с размером светового пятна до 0.4 мкм) и сбор светового излучения образца из-под острия зонда. Кроме того, в сочетании со спектрометром прибор может функционировать как Конфокальный Рамановский микроскоп.

Большое значение числовой апертуры использованного объектива (NA=0.7) обеспечивает возможность возбуждения светом поверхности образца под значительными углами падения. Это дает возможность пользователю сформировать под острием зонда световое пятно, обладающее значительной компонентой электрического поля, направленной нормально к поверхности. Такое поле оптимально для организации усиленных острием зонда оптических эффектов, таких как Зондово-Усиленной Рамановской Спектроскопии.

ЗНЛ ИНТЕГРА Спектра позволяет выполнять следующие измерения:

- проводить спектральные измерения в точке и получать спектральные характеристики различных материалов, используя прибор как обычный спектрометр;

- проводить измерения интенсивности вторичного сигнала в выбранном диапазоне длин волн в процессе послойного объемного сканирования области 100х100х30 мкм;

- с разрешением вплоть до атомарного проводить измерения характеристик рельефа поверхности образца, а также его электрических, магнитных, наномеханических и других свойств методами силовой микроскопии;

Особый интерес эта конфигурация представляет в связи с возможностью реализации оптических измерений с использованием различных нелинейных эффектов, Гигантского Комбинационного Рассеяния, в частности так называемой Зондово-Усиленной Рамановской Спектроскопии.

1. Основные технические характеристики

Технические характеристики оптической измерительной головки.

Устройство NTEGRA Spectra

Исследовательский комплекс ИНТЕГРА включает следующие основные системы и блоки:

- базовый блок;

- измерительный блок: измерительная головка, сменное основание, сканер, термостолики и жидкостные ячейки;

- система видеонаблюдения;

- система виброизоляции;

- система управления: СЗМ контролер, термоконтроллер, компьютер с интерфейсной платой.

Рис. 9. Зондовая НаноЛаборатория ИНТЕГРА

1 – базовый блок; 2 – измерительная головка; 3 – система виброизоляции; 4 – система видеонаблюдения; 5 – система управления

На Рис. 10 приведена схема расположения основных узлов ЗНЛ ИНТЕГРА.

Рис. 10. Схема расположения основных узлов прибора

ИНТЕГРА может быть сконфигурирована для решения различных задач благодаря возможности установки на базовый блок различных типов сменных оснований, измерительных головок, сканеров, жидкостных ячеек и т.п.

Базовый блок

Общий вид базового блока представлен на Рис. 11.

Рис. 11. Основные элементы базового блока

1 – сменное основание; 2 – ручка механизма подвода; 3 – датчик температуры и влажности; 4 – ЖК-дисплей; 5 – штуцеры

В базовом блоке расположен механизм подвода, обеспечивающий подвод образца к зонду. Ручка механизма подвода 2 предназначена для ручного подвода образца к зонду.

На ЖК-дисплее 4 отображаются данные о температуре и влажности окружающей среды, измеряемые датчиком 3.

Штуцеры 5 используются для подачи газа и откачки воздуха.

Расположение разъемов на базовом блоке

Разъёмы для подключения устройств, устанавливаемых на базовый блок:

HEAD – два идентичных разъёма для подключения измерительной головки;

SCANNER – подключение сканера. Используется для подключения сменного сканера, либо сканера измерительной головки;

SCAN+SENSOR – разъем для подключения сканера со встроенными датчиками. Используется для подключения сменного сканера, либо сканера измерительной головки;

Т° – подключение термоэлемента. Используется для подключения термостолика, жидкостных ячеек с нагревом и т.п;

SM – подключение шагового двигателя;

Характеристики

Список файлов книги