AtomLab_labwork_6-1 (829318), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Сначала винтом поворота лазера необходимо, поворачивая лазер,перевести точку фокуса с тела кантилевера на консоль. При этом на экране видно сначала сильноепятно отражения от тела кантилевера, которое довольно резко пропадает при уходе с тела. Винт надо352© www.phys.nsu.ruостановить как раз в тот момент, когда пятно только пропало. Если в этом месте случайно оказаласьконсоль, отражение от нее выгладит как ярко горящая звездочка, а на экране появятся небольшиепятнышки (возможно линии). Далее винтом смещения кантилевера необходимо выбрать консоль. Дляэтого сначала сместите кантилевер так, чтобы луч заведомо попадал на место, где нет консолей,затем постепенно смещайте кантилевер до появления вышеописанных пятен от первой консоли.Доворотом винта поворота кантилевера следует добиться хорошей картинки отражения.
В случаетреугольной балки отражение будет иметь вид, приведенный на фотографии на Рисунке 13 а) и насхеме б) под цифрой 1, иногда для треугольных консолей отражение имеет вид 2, для однобалочнойконсоли – вид 3 (размытое пятно).Далее уберите экран и направьте на фотоприемник рабочий участок картинки отражения. НаРисунке 13 указаны возможные рабочие участки. Они могут быть и другими. Общая рекомендациясостоит в том, что в качестве рабочего участка следует выбирать протяженные горизонтальныеучастки картинки толщиной не более 1 мм.
Именно такие участки при их вертикальном смещении изза изгиба консоли дают полезный сигнал максимальной амплитуды на фотоприемнике. Для началавинтом смещения фотоприемника сместите фотоприемник, настраивая его примерно на центротражения от консоли. Далее, используя винт поворот кантилевера, настроить один из рабочихучастков примерно на центр фотоприемника. Этот же винт подкрутить так, чтобы индикаторвыходного сигнала показывал около 10 (Рисунок 10). Стрелка будет колебаться из-за изгиба консолипод действием потоков воздуха, а если подуть по направлению к образцу, стрелка должнаотклониться влево, так как кантилевер отклоняется в сторону образца. Это является тестом настройкиоптической схемы столика АСМ [15].Финальную настройку схемы необходимо проводить, придвинув столик к образцу.
Этоделается на глаз по аналогии с СТМ с использованием белой ручки. Это необходимо, во-первых,потому что при этом затрудняется циркуляция воздуха и тем самым стабилизируется система, вовторых, поскольку образец может иметь дополнительное отражение, попадающее на фотоприемник исмещающее сигнал. После этого следует поднастроить винтом поворота кантилевера так, чтобы наиндикаторе опять стало в районе 10.Далее в точном соответствии с последовательностью работы в методе СТМ следует назначитьрамку сканирования, выполнить команду moveXY и далее Zapper. Столик с кантилевером начнетавтоматический подвод к образцу. Здесь необходимо отметить, что при приближении иглы к образцувозникают следующие силы, изгибающие кантилевер. Сначала возникают капиллярные силыпритяжения (в редких случаях отталкивания) иглы к слою адсорбата, всегда присутствующему наповерхности в воздушной атмосфере.
Далее возникают силы ван-дер-ваальсового притяжения иглы кобразцу, и только потом необходимые силы отталкивания. Все это найдет свое отражение наиндикаторе. При притяжении стрелка может уйти за 20, и автоматический подвод остановится. Дляперехода в режим отталкивания необходимо принудительно приблизить столик к образцу с помощьюкнопок Glob или Step до тех пор, пока стрелка не пойдет в обратном направлении. Важно неперепутать, из-за чего остановился автоматический подвод (иначе можно сломать кантилевер), дляэтого необходимо внимательно следить за показаниями индикатора в ходе подвода.Используя кнопки Step(+/-) необходимо так подогнать столик, чтобы стрелка на индикатореоказалась в диапазоне 5-7, а дальнейшие перемещения меняют только положение Z(nm) сканера.Последнее подтверждает, что обратная связь работает нормально.Следует обратить внимание, что после такого подвода все последующие настройки сканераможно проводить, только отведя столик от образца во избежание поломки кантилевера, используяфункцию Back.
В случае если не удается настроить систему самостоятельно, лучше обратиться кпреподавателю или инженеру лаборатории.Сканирование запускается также как в СТМ кнопкой Scan. Стрелка индикатора начинаетколебаться между 5 и 7. Размах крайних положений стрелки тем больше, чем больше шероховатостьповерхности.Настройка скорости сканирования осуществляется эмпирически исходя из особенностейобразца (степени шероховатости) и качества получаемого изображения. Помните, чем вышешероховатость, тем ниже должна быть выбираемая скорость сканирования. Поскольку высокаяскорость может привести к поломке кантилевера.После получения изображения для повторного сканирования или для сканирования новогоучастка не надо повторять (в отличие от СТМ) команду moveXY, так как при этом зонд отводится отповерхности и процедуру стабилизации необходимо повторять снова. Если же просто запустить353© www.phys.nsu.ruсканирование кнопкой Scan, при этом кантилевер переведется в начальную точку сканирования поповерхности, не отводясь от нее, с контролем обратной связью [15].ЗаданиеЗаписать АСМ - изображение того же образца, что исследовался методом СТМ – тонкой пленкиAl2O3 на подложке FeCrAl, варьируя увеличение с использованием лупы и / или параметра Density.Лучше начинать с полей сканирования с размерами порядка 1 мкм 1 мкм, постепенно увеличиваяполе, если стабильность системы сохраняется, а сканер не выходит за предельный диапазон.Значение I0 рекомендуется выбирать в диапазоне от 120 до 150.
Точное значение следует подбиратьисходя из стабильности системы (фактически, дрожания стрелки индикатора).На основе анализа полученных данных, включая измерение размеров характерныхособенностей на изображении (как-то: выступы, борозды и т.д.), опишите различия междуизображениями, полученными методами СТМ и АСМ. Предложите объяснение наблюдаемымразличиям исходя из физических основ методов и различий их технической реализации.Математическая обработка изображенияИспользование процедур цифровой (математической) обработки СЗМ - изображениянеобходимо для повышения его качества (устранения случайных шумов, периодических наводок,сбоев ступенек, устранения общего наклона изображения и т.д.).
Следует заметить, что большинствоописанных ниже процедур могут быть использованы для обработки не только СЗМ - изображений, нолюбых цифровых графических файлов, будь - то фотографии или микроскопические снимки.Пакет программ, используемый в лабораторной работе Scan master (Professional scanning &analysis program for SPM), предоставляет широкий набор процедур цифровой обработкиизображения, с которым можно ознакомиться с использованием программы - помощника Help.Полная панель пиктограмм, включая операции обработки изображения, появляется в томслучае, если открыт и активирован скан (полоса с названием файла имеет синий цвет).Для выполнения лабораторной работы основными являются следующие процедуры.Subplane (fine) – устранение общего наклона изображения (пиктограмма “Special 2D”).Устранение наклона в кадре осуществляется путем вычитания из высот кадра в каждой точке X, Yвысот уравнения плоскости Z = aX + bY + с.
Коэффициенты a, b и с в уравнении определяютсяметодом наименьших квадратов из требования минимального отклонения от плоскости всех точеккадра.Step correction – операция корректирует сбои микроскопа типа «ступенька», проявляющихся втом, что в результате сбоя электроники две соседние строки сканирования могут значительноразличаться по высоте (пиктограмма “Special 2D”). Сначала вычисляется средняя высота (среднее Z)всего кадра. Далее кадр обрабатывается построчно. Каждая горизонтальная строка кадра (по X)сдвигается по Z (по высоте) так, чтобы средняя высота строки была равна средней высоте кадра.Median 2D – медианная фильтрация используется для подавления случайных шумов.Медианная фильтрация осуществляется следующим образом.
Составляется список значений высоты(или яркости) точки и ее соседей согласно выбранному ядру (например, ядро 33 – точка и ееближайшие соседи: 4 – ортогональных, 4 – диагональных). Список высот сортируется в порядкевозрастания. В качестве нового значения высоты данной точки кадра из списка выбирается та высота,номер которой в отсортированном списке ближе всего к номеру, определяемому условием: n=(NxNy1)(level/100), где Nx, Ny – размерность матрицы по x, y соответственно, level – уровень медианнойфильтрации в % (задается пользователем, по умолчанию – 50).Анализ данныхДля анализа данных, получены как методом СТМ, так и АСМ, полезно использовать командуMeasure | Scan Section (пиктограмма “S”), предназначенную для построения и измерения параметровзаданного оператором сечения поверхности, изображаемой в активном 2D окне. Процедураиспользуется для отображения профиля, полученного в результате сечения изображаемой в 2D окнеповерхности по выбранной «мышкой» линии и измерения его параметров (расстояний междуточками профиля, углов между линейными объектами и т.д.).
Сечение выбирается заданием отрезкапрямой в плоскости изображения. Секущая плоскость параллельна оси Z (перпендикулярна354© www.phys.nsu.ruплоскости изображения) и проходит через заданный отрезок. При выполнении команды приложениепереходит в режим задания отрезка для построения сечения поверхности скана; указатель «мышки»изменяет свой вид на +S. С помощью «мышки» задается отрезок прямой, через который нужнопровести секущую плоскость (левая кнопка нажимается на одном из концов отрезка и удерживается,«мышка» перемещается на второй конец отрезка, после чего кнопка отпускается).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
