Консоли зондового датчика асм

С точки зрения типа и степени взаимодействия режимы работы АСМ можно разделить на контактный, бесконтактный и «полуконтактный», который является промежуточным между контактным и бесконтактным. В контактном режиме острие зонда непосредственно контактирует с поверхностью образца в процессе сканирования. Соответственно, в бесконтактном режиме острие зонда непосредственно не контактирует с поверхностью, а в «полуконтактном» контактирует частично. Бесконтактный и полуконтактный режимы работы АСМ реализованы на основе использования модуляционных методик.

Существует три метода измерения топографии поверхности при помощи атомно-силового микроскопа:

‑ контактная АСМ ‑ измерение топографии поверхности в контактном режиме;

‑ бесконтактная АСМ ‑ измерение топографии поверхности в бесконтактном режиме, основанном на использовании вибрационной методики;

‑ «полуконтактная» АСМ, называемая также «прерывисто-контактной», которая соответствует измерению топографии поверхности на основе вибрационной методики, при которой колеблющееся острие зонда слегка стучит по поверхности образца.

Работа прибора в режимах контактной АСМ и «полуконтактной» АСМ является основой для других методик атомно-силовой микроскопии.

Основным недостатком контактных АСМ методик является непосредственное механическое взаимодействие острия зонда с поверхностью. Это часто приводит к поломке зондов и разрушению поверхности образцов в процессе сканирования. Кроме того, контактные методики практически не пригодны для исследования образцов, обладающих малой механической жесткостью, таких как структуры на основе органических материалов и биологические объекты.

АСМ методики, основанные на регистрации параметров взаимодействия колеблющегося кантилевера с поверхностью позволяют существенно уменьшить механическое воздействие зонда на поверхность в процессе сканирования. Кроме того, развитие колебательных методик существенно расширило арсенал возможностей АСМ по измерению различных свойств поверхности образцов. На практике чаще используется так называемый «полуконтактный» режим колебаний кантилевера (иногда его называют «прерывисто-контактный». При работе в этом режиме возбуждаются вынужденные колебания кантилевера вблизи резонанса с амплитудой порядка 10 – 100 нм. Кантилевер подводится к поверхности так, чтобы в нижнем полупериоде колебаний происходило касание поверхности образца. При сканировании образца регистрируется изменение амплитуды и фазы колебаний кантилевера. Взаимодействие кантилевера с поверхностью в «полуконтактном» режиме состоит из ван-дер-ваальсового взаимодействия, к которому в момент касания добавляется упругая сила, действующая на кантилевер со стороны поверхности. Формирование АСМ изображения поверхности в «полуконтактном» режиме происходит следующим образом. С помощью пьезовибратора возбуждаются колебания кантилевера на частоте, близкой к резонансной частоте кантилевера. При сканировании система обратной связи АСМ поддерживает постоянной амплитуду колебаний кантилевера на уровне, задаваемом оператором. Напряжение в петле обратной связи записывается в память компьютера в качестве АСМ изображения рельефа поверхности. Одновременно при сканировании образца в каждой точке может регистрироваться изменение фазы колебаний кантилевера, которое записывается в виде распределения фазового контраста.