СЗМ Solver PRO. Руководство пользователя. Основная часть
4.3. Метод Постоянной Высоты
4.3.1. Краткая характеристика метода
В методе постоянной высоты кончик зонда находится в контакте с поверхностью. При сканировании закрепленный на чипе конец кантилевера поддерживается на постоянной высоте (сканирование в условиях с выключенной обратной связью). Соответственно, величина отклонения (изгиба) кантилевера, пропорциональна (при малых отклонениях) силе прижима кантилевера, и отражает рельеф поверхности образца.
Динамика отслеживания поверхности кантилевером при сканировании ограничена частотными свойствами кантилевера, а не обратной связи, как в случае метода постоянной силы. Резонансные частоты кантилеверов значительно выше характерной частоты обратной связи, которая составляет единицы килогерц. Это дает возможность сканировать с более высокими скоростями.
Если предварительно для используемого кантилевера снята зависимость изгиба кантилевера от расстояния между чипом и поверхностью образца (см. Рис. 4-33) (в случае нашего прибора зависимость сигнала DFL от расстояния между чипом и поверхностью образца), можно, используя эту зависимость, преобразовать изображение распределения сигнала DFL в изображение рельефа поверхности.
Рис. 4-33
Кроме того, если известны константа жесткости используемого кантилевера и его геометрические размеры, изображение распределения сигнала нормального изгиба кантилевера (сигнала DFL) можно преобразовать в изображение распределения локальной силы, действующей на кантилевер.
Однако нужно помнить, что при больших отклонениях от нулевого положения зависимость сигнала DFL от величины отклонения зонда становится нелинейной.
94
Глава 4. Контактная атомно-силовая микроскопия
Примерный диапазон линейности зависит от кантилевера: чем короче кантилевер, тем меньше диапазон.
К недостаткам метода относится требование достаточной гладкости поверхности образцов. Кроме того, при исследовании достаточно мягких образцов (подобных полимерам, биологическим объектам, ЛБ-пленкам и т.д.) они могут разрушаться, поскольку зонд находится в непосредственном механическом контакте с поверхностью. При сканировании относительно мягких образцов с развитой поверхностью сила давления зонда на поверхность варьируется, одновременно неравномерно прогибается и поверхность образца. В результате полученный рельеф поверхности может быть искажен. Возможное наличие существенных капиллярных сил, обусловленных наличием слоя воды, также приводит к ухудшению разрешения.
4.3.2. Подготовка к измерениям
Метод постоянной высоты основан на методе постоянной силы, который подробно описан в разделе 4.1 «Метод Постоянной Силы» на стр. 74.
Предварительно, должна быть выполнена подготовка и проведены измерения рельефа поверхности по методу постоянной силы.
Основные операции при работе по методу постоянной высоты
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 (п. 4.1.8 на стр. 89).
8.Завершение работы (п. 4.1.9 на стр. 89).
После того, как были проведены предварительные измерения рельефа поверхности по методу постоянной силы, необходимо произвести настройку параметров для работы по методу постоянной высоты.
95
СЗМ Solver PRO. Руководство пользователя. Основная часть
4.3.3. |
Настройка параметров |
1. |
Перейдите в окно Scan (кнопка Scan на панели основных операций) |
|
(Рис. 4-34). |
Рис. 4-34
2.Выберите метод Contact Constant Height в меню Mode на панели управления окна Scan (Рис. 4-35).
Рис. 4-35. Выбор метода Contact Constant Height
на панели управления окна Scan
#ПРИМЕЧАНИЕ. При установке Contact Constant Height, автоматически величина параметра FB Gain (коэффициент усиления обратной связи) установится близкой к нулю. Это эквивалентно выключению обратной связи и фиксации положения закрепленного конца кантилевера на заданной высоте относительно поверхности. Одновременно на вход измерительного канала АЦП включается сигнал DFL.
96
Глава 4. Контактная атомно-силовая микроскопия
4.3.4. Сканирование
Для запуска процесса сканирования щелкните на кнопке Run, находящейся панели управления окна Scan:
−начнется построчное сканирование зондом поверхности образца и в окне просмотра изображения, строчка за строчкой, начнет появляться изображение сканируемой поверхности (Рис. 4-36);
Рис. 4-36
−в окне осциллографа при сканировании будет построчно отображаться измеряемый сигнал (Рис. 4-37).
Рис. 4-37. Сигнал DFL
97