СЗМ Solver PRO. Руководство пользователя. Основная часть
4. Контактная атомно-силовая микроскопия
Работа прибора при измерении рельефа поверхности с использованием контактного режима сканирования является основой для работы прибора с применением других контактных методов, таких как Метод Латеральных Сил, Метод Постоянной Высоты, Метод Отображения Сопротивления Растекания, Метод Модуляции Силы, Метод Рассогласования.
4.1. Метод Постоянной Силы
4.1.1.Основные операции при работе по методам контактной микроскопии
Исходное состояние
Предполагается, что предварительно была выполнена начальная подготовка прибора:
−прибор включен;
−программа запущена, на дисплее главное окно программы;
−зонд установлен и система регистрации отклонений кантилевера настроена;
−образец установлен;
−измерительная головка установлена;
−образец подведен к зонду на расстояние 0.5-1 мм (с помощью ручного подвода).
Основные операции при работе с использованием режима контактного сканирования:
1.Переключение прибора для работы по контактным методам
(п. 4.1.2 на стр. 75).
2.Установка начального уровня сигнала DFL (п. 4.1.3 на стр. 75).
3.Подвод образца к зонду (п. 4.1.4 на стр. 77).
4.Установка рабочего уровня коэффициента усиления обратной связи
(п. 4.1.5 на стр. 80).
5.Установка параметров сканирования (п. 4.1.6 на стр. 81).
6.Сканирование (п. 4.1.7 на стр. 85).
7.Сохранение полученных данных (см. п. 4.1.8 на стр. 89).
8.Завершение работы (см. п. 4.1.9 на стр. 89).
Ниже приводится более подробное описание перечисленных выше основных операций.
74
Глава 4. Контактная атомно-силовая микроскопия
4.1.2.Переключение прибора для работы по контактным методам
Переключите прибор для работы по контактным методам, выбрав Contact в меню выбора электронной конфигурации прибора (Рис. 4-1) на панели основных операций.
Рис. 4-1. Выбор конфигурации
При установке состояния Contact автоматически будут выполнены все переключения в приборе, необходимые для работы контактными методами: на вход обратной связи включается сигнал DFL, генератор устанавливается в положение Off и устанавливаются необходимые значения параметров.
4.1.3. Установка начального уровня сигнала DFL
Величина начального уровня сигнала DFL, соответствующего свободному, неизогнутому состоянию кантилевера, определяется тем, как фотоприемник установлен относительно отраженного от кантилевера луча. Нулевое значение сигнала DFL соответствует тому, что лазерное пятно находится посредине между верхней и нижней половинами фотодиода, и площадь пятна одинаково распределена между ними.
Величину начального уровня сигнала DFL можно регулировать при помощи винта 4 (Рис. 4-2) в результате механического перемещения фотодиода в поперечном направлении относительно лазерного луча, отраженного от кантилевера.
a) Измерительная головка |
б) Сканирующая измерительная головка |
Рис. 4-2. АСМ измерительные головки 1, 2 – винты позиционирования лазера, 3, 4 – винты позиционирования фотодиода
75
СЗМ Solver PRO. Руководство пользователя. Основная часть
Процедура регулировки уровня сигнала DFL
1.Перейдите в окно Aiming (кнопка Aiming на панели основных операций) (Рис. 4-3). Окно индикатора состоит из таблицы, в которой отображаются текущие значения сигналов фотодиода и индикатора положения лазерного пятна относительно сегментов фотодиода.
Рис. 4-3
2.Наблюдая за уровнем сигнала на индикаторе, установите при помощи ручки 4 (ручки вертикального перемещения фотодиода, Рис. 4-2) начальный уровень сигнала DFL близким к нулю (Рис. 4-4).
Рис. 4-4. Окно настройки системы регистрации изгибов кантилевера
76
Глава 4. Контактная атомно-силовая микроскопия
4.1.4. Подвод образца к зонду
1.Перейдите в окно Approach (кнопка Approach на панели основных операций) (Рис. 4-5).
Рис. 4-5
2.Проверьте состояние кнопки автоматической установки параметра Set Point. Кнопка Auto SetPoint должна быть во включенном состоянии, как показано на Рис. 4-5.
3.Запустите процедуру подвода щелкнув на кнопке Landing.
Врезультате:
−Будет автоматически установлено значение параметра Set Point, на две единицы большее текущего значения сигнала DFL (т.е. Set Point=DFL+2);
−Включится обратная связь, и Z-пьезосканер выдвинется на максимальную величину. Выдвижение Z-сканера отобразится на аналоговом индикаторе удлинения сканера, который находится в нижнем левом углу главного окна программы (Рис. 4-6). Степень выдвижения сканера характеризуется длиной цветной полосы;
Рис. 4-6. Индикатор выдвижения сканера
−Включится шаговый двигатель, который начинает перемешать сканер с образцом по направлению к зонду.
В процессе подвода следите за изменениями сигнала DFL в окне осциллографа и за состоянием индикатора выдвижения сканера и ждите окончания процесса подвода.
Через некоторое время, при правильной настройке параметров подвода, процедура подвода закончится и произойдет следующее (Рис. 4-7):
77
СЗМ Solver PRO. Руководство пользователя. Основная часть
Рис. 4-7. Окончание процесса подвода 1 – индикатор выдвижения сканера; 2 – журнал
−сигнал DFL увеличится до значения параметра Set Point, обратная связь будет поддерживать Z-сканер в положении, при котором сигнал DFL равен Set Point, причем это положение сканера будет соответствовать примерно половине диапазона выдвижения сканера;
−длина цветной линии индикатора уменьшится и займет некоторое промежуточное положение (поз. 1 на Рис. 4-7);
−шаговый двигатель остановится;
−увеличение сигнала DFL до значения параметра Set Point будет отображено на зависимости DFL(t), на программном осциллографе;
−в журнале, находящемся в правой части панели управления появится сообщение «…Approach Done.» (поз. 2 на Рис. 4-7).
78
Глава 4. Контактная атомно-силовая микроскопия
Выбор и установка параметра Set Point вручную
Чтобы вручную установить значение параметра Set Point:
−выключите опцию Auto SetPoint;
−введите значение параметра Set Point в поле ввода, расположенном на панели основных параметров.
В качестве начального, рекомендуется установить значение параметра Set Point равным сумме: сигнал DFL плюс примерно (5-10)% от значения сигнала Laser (т.е.
SetPoint=DFL+(0.05÷0.1)*Laser).
Относительно выбора оптимального значения параметра Set Point необходимо иметь в виду следующее:
−разность между величиной Set Point и начальным уровнем сигнала DFL определяет величину взаимодействия острия кантилевера и поверхности образца. Чем больше разность между величиной Set Point и начальным уровнем сигнала DFL, тем больше величина отклонения кантилевера, тем с большей силой взаимодействуют острие кантилевера и поверхность образца. Таким образом, меняя величину параметра Set Point относительно начального уровня сигнала DFL можно изменять и устанавливать определенный уровень силы взаимодействия между зондом и поверхностью образца;
−если установить слишком большую разницу между величиной Set Point и начальным уровнем DFL, что соответствует значительной силе взаимодействия острия кантилевера и поверхности образца, то при сканировании это может привести к разрушению как зонда, так и исследуемой поверхности;
−при слишком малой величине разницы между Set Point и начальным уровнем DFL, что соответствует режиму работы в условиях поддержания небольшой по величине силы взаимодействия острия кантилевера и поверхностью образца, работа системы обратной связи может оказаться неустойчивой;
−величина параметра Set Point не может быть меньше величины начального уровня сигнала DFL и больше величины сигнала Laser.
79