МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА РТ и С

Отчёт по лабораторной работе №1

Выполнили:

студенты 2 курса

группы ИТС(б)-21

Шиклин А., Хафизов А.

Черепанов С.

Проверил:

Филимонов В.Е.

г. Йошкар-Ола

2013 г

Целью лабораторной работы является:

1. изучение интерфейса и возможностей сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) NanoEducator;

2. изучение технических характеристик СЗМ NanoEducator;

3. исследование влияния задаваемых параметров сканирования на ин­формативность виртуального СЗМ изображения.

Рис. 2. Схема системы обратной связи СЗМ NanoEducator

Задание №2

На виртуальном уровне Demo получить СЗМ изображение поверхности запи­санного CD (компакт-диска) в режиме сканирующего силового микроскопа со следующими параметрами:

1. положение начальной точки сканирования X₀ = 3500нм; Y₀ = 2400нм;

2. площадь сканирования 8300 х 1300 нм;

3. направление сканирования по оси X;

4. количество точек измерений X = 150;

5. скорость сканирования2000 нм/с.

Построить трехмерную (3D) проекцию полученного изображения.

Работа на виртуальном уровне (Demo) представляет собой работу по программе, которая выполняется на компьютере без подключения элек­тронного и физического блоков прибора NanoEducator. Эта программа имитирует выполнение всех основных функций СЗМ NanoEducator в конфигурациях сканирующего силового микроскопа (SFM) и сканиру­ющего туннельного микроскопа (STM). Интерфейс виртуального уров­ня (Demo) является интерфейсом уровня «Опытного» (Advanced) поль­зователя. При работе на виртуальном уровне пользователь имеет воз­можность изменять параметры прибора и наблюдать за последовавши­ми изменениями в выполнении функций прибора.

Работа на уровне «Начинающего» (Beginner) пользователя произво­дится с подключением электронного и физического блоков прибора NanoEducator и выполняется пошагово. Каждый следующий шаг вы­полняется нажатием кнопки Next, предыдущий шаг выполняется нажа­тием кнопки Previous. На данном уровне многие функции недоступны, а пользователь лишь следит за ходом выполнения шагов, не внося ника­ких изменений в параметры настройки предварительных операций пе­ред сканированием. При выполнении сканирования на этом уровне не­которые функции не доступны.

Уровень «Опытного» (Advanced) пользователя производится с под­ключением электронного и физического блоков прибора NanoEducator, выполняется поэтапно (пока не завершен предыдущий этап, следующий этап недоступен) и позволяет реализовать функции СЗМ NanoEducator в полном объеме.

1.5. Панель управления сзм NanoEducator

После выбора уровня пользователя следует начать с пункта меню File и в нем выбрать Open или New, либо соответствующие им кнопки на панели инструментов (см. рис. 3). Выбор команды File^New означа­ет переход к проведению СЗМ измерений, а выбор команды File^Open означает переход к просмотру и обработке ранее полученных данных.

ES

Рис. 4. Панель выбора и создания рабочего каталога программы

После выбора пункта меню File^New появляется окно диалога вы­бора рабочего каталога (рис. 4). В этот каталог будут сохраняться рабо­чие файлы измерений. При смене микроскопа (переход из SFМ в SТМ или наоборот) также появляется окно диалога выбора рабочего катало­га. Изменить рабочий каталог можно также в процессе проведения из­мерения, для этого надо нажать кнопку Directory, расположенную на панели инструментов главного окна программы (см. рис. 3). В процессе проведения измерений все полученные данные последовательно запи­сываются в файлы с именами ScanData+i.spm, где индекс i обнуляется при запуске программы и наращивается при каждом новом измерении. В окне диалога выбора рабочего каталога можно изменить стандартную маску имени рабочего файла ScanData.

После закрытия окна диалога на экран выводится панель управления прибором (рис. 5). В левой части панели управления прибором распо­ложены кнопки выбора конфигурации СЗМ.

Рис. 5. Панель управления СЗМ прибором NanoEducator

Перед началом проведения эксперимента следует выбрать конфигу­рацию СЗМ прибора:

SFM - сканирующий силовой микроскоп (ССМ); STM - сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Остальные кнопки панели управления реализуют основные функции СЗМ прибора и этапы проведения измерений.

Перед началом работы доступными являются кнопки:

RESONANCE - поиск резонанса и установка рабочей частоты; OPTIONS - просмотр параметров, установленных для данной

конфигурации измерительной головки и блока элек­троники, а также параметров планируемых измере­ний;

CAMERA - включение видеокамеры, показывающей взаимное

положение образца и зонда; TRAINING - тренировка сканера;

OSC - вызов программы управления цифровым осцилло­

графом.

Кнопки панели управления, которые становятся последовательно доступными после поиска резонанса и установки рабочей частоты:

LANDING - сближение зонда и образца;

SCAN - сканирование.

1.6. Этапы работы со сканирующим силовым микроскопом (sfm) 1.6.1. Поиск резонанса и установка рабочей частоты

Эта операция обязательно выполняется в начале каждого измере­ния, и пока она не произведена, переход к дальнейшим этапам измере­ний заблокирован. Окно поиска резонанса вызывается командой RES­ONANCE (см.рис. 5).

Рис. 6. Окно операции поиска резонанса и установки рабочей частоты

Выполнение этой операции предусматривает измерение амплитуды колебаний зонда при изменении частоты вынужденных колебаний, за­даваемых генератором. Для этого необходимо нажать кнопку RUN (рис.6).

В режиме Automatic автоматически устанавливается рабочая часто­та генератора, равная частоте, при которой наблюдалась максимальная амплитуда колебаний зонда. График, демонстрирующий изменение ам­плитуды колебаний зонда в заданном диапазоне частот, позволяет наблюдать форму резонансного пика. Если резонансный пик недоста­точно ярко выражен, или амплитуда при частоте резонанса мала (менее 1V), то необходимо изменить параметры проведения измерений и по­вторно провести определение резонансной частоты.

Для ручной настройки параметров проведения измерений предна­значен режим Manual. При выборе этого режима в окне Frequency Scanning появляется дополнительная панель (см. рис. 6), позволяющая корректировать следующие параметры:

• амплитуду колебаний, задаваемых генератором (Oscillation Ampli­tude). Не рекомендуется устанавливать эту величину более 50 мV.

• коэффициент усиления амплитуды (AM Gain). При недостаточной

величине амплитуды колебаний зонда (< 1 V) рекомендуется увели­чить коэффициент AM Gain.

Для начала операции поиска резонанса необходимо нажать кнопку RUN.

Режим Manual позволяет вручную менять выбранную частоту, пе­редвигая зеленый курсор на графике с помощью мыши, а также уточ­нить характер изменения амплитуды колебаний в узком диапазоне зна­чений вокруг выбранной частоты (для этого необходимо установить переключатель Manual Regime в положение Fine и нажать кнопку RUN).