1.4 Безконтактний режим роботи
При роботі в безконтактному режимі пьезовибратором порушуються коливання зонда на певній частоті (найчастіше, резонансної). Сила, що діє з боку поверхні, призводить зрушення амплітудно-частотної і фазово-частотної характеристики зонда, і амплітуда і фаза змінюють значення.
Система зворотного зв'язку, як правило, підтримує постійної амплітуду коливань зонда, а зміна частоти і фази в кожній точці записується. Однак можливе встановлення зворотного зв'язку шляхом підтримання постійної величини частоти або фази коливань.
Переваги методу:
- Відсутній вплив зонда на поверхню досліджувану
Недоліки методу:
- Надзвичайно чутливий до всіх зовнішніх шумів
- Найменше латеральне дозвіл
- Найменша швидкість сканування
- Функціонує лише в умовах вакууму, коли відсутній адсорбированный на поверхні шар води
- Попадання на кантілевер під час сканування частинки з поверхні зразка змінює його частотні властивості і настройки сканування "йдуть"
У зв'язку з безліччю труднощів і недоліків методу, його застосування в АСМ вкрай обмежені.
1.5 Напівконтактний режим роботи
При роботі в безконтактному режимі пьезовибратором порушуються коливання зонда на певній частоті (найчастіше, резонансної). Сила, що діє з боку поверхні, призводить зрушення амплітудно-частотної і фазово-частотної характеристики зонда, і амплітуда і фаза змінюють значення.
Система зворотного зв'язку, як правило, підтримує постійної амплітуду коливань зонда, а зміна частоти і фази в кожній точці записується. Однак можливе встановлення зворотного зв'язку шляхом підтримання постійної величини частоти або фази коливань.
Переваги методу:
-Відсутній вплив зонда на поверхню досліджувану
Недоліки методу:
- Надзвичайно чутливий до всіх зовнішніх шумів
- Найменше латеральне дозвіл
- Найменша швидкість сканування
- Функціонує лише в умовах вакууму, коли відсутній адсорбированный на поверхні шар води
- Попадання на кантілевер під час сканування частинки з поверхні зразка змінює його частотні властивості і настройки сканування "йдуть"
У зв'язку з безліччю труднощів і недоліків методу, його застосування в АСМ вкрай обмежені.
2.Багатоперехідні електросилові методи атомно-силової мікроскопії
Багатопрохідні методики зазвичай використовуються в задачах, де необхідно визначати інші, ніж рельєф дані, і при цьому необхідно виключити вплив рельєфу поверхні. Як приклад наведено зображення (рисунок 3) ліній сканування поперек одного магнітного домену для різних початкових відстаней зонд-зразок. Аналогічні методики використовувалися для визначення товщини плівки рідини на твердій поверхні підкладки, для наноманіпуляций (тобто для переміщення окремих атомів), при проведенні нанолітографіческіх операцій.
Рисунок 3 Лінії сканування уздовж одиночного магнітного домену при постійних градієнтах сил, що відповідають різним початковим відстаням зонд-зразок
Перший прохід може бути проведений з застосуванням контактного або перервно-контактного методів. На другому проході можна проводити вимірювання електричних сил або потенціалів, магнітних полів, диссипаций, розподілів ємності. У деяких випадках може бути необхідним і третій прохід для виключення впливу не тільки рельєфу, але і поверхневого електричного поля.
У загальному випадку електро-силова мікроскопія (ЕСМ) може бути використана в декількох варіантах, в залежності від типу досліджуваного зразка та виду необхідної інформації.
Найпоширеніша з них безконтактна ЕЗЗ, заснована на двухпроходной методикою. На другому проході кантілевер приводиться в коливальний стан на резонансної частоті, при цьому кантілевер заземлений або перебуває при постійному зсуві V.
Ємна сила взаємодії зонд-зразок (або швидше її похідна) призводить до зрушення резонансної частоти. Відповідно амплітуда коливань кантілевера зменшується і фаза його коливань зрушується. При цьому і амплітуда і фаза коливань можуть бути виміряні і використані для відображення розподіл електричного потенціалу поверхні зразка.
Цей метод ССМ має певні переваги в порівнянні з методом Зонда Кельвіна (МЗК). Відображення відхилень амплітуди й фази визначаються ємнісний зонд-зразок силовий похідної, тобто другої похідної ємності зонд-зразок. В результаті Безконтактна ЕЗЗ призводить до більш високого дозволу оскільки ставлення паразитногї ємності конуса зонда і плоскій частині кантілевера до корисної ємності кінчик зонда-зразок мінімізується.
Перший мікроскоп подібного типу було сконструйовано Р.Биннигом, Х.Гербером і З.Квайтом в 1986 року, коли протягом року Р. Бінніг показав принципову можливість неруйнуючого контакту зонда з поверхнею зразка.