Глава 5. Полуконтактная атомно-силовая микроскопия
5.4. Спектроскопия
В данном разделе рассматривается проведение спектроскопических измерений для случая колеблющегося зонда. Такие измерения обычно предваряют сканирование поверхности с использованием полуконтактных методик. В качестве примера рассматривается измерение зависимости амплитуды колебаний зонда A (сигнал Mag) от расстояния зонд-образец Z (сигнал Height) при подводе и отводе зонда от поверхности образца.
Измерение других зависимостей производится подобным образом, лишь с тем отличием, что вместо сигналов Mag и Height выбираются другие сигналы (о выборе зависимости см. п. 5.4.1.3 на стр. 148).
5.4.1. Амплитудная спектроскопия (Mag(Height))
При амплитудной спектроскопии измеряется зависимость амплитуды от расстояния зонд-образец, т.е. зависимости Mag(Height).
Mag – сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний кантилевера.
Cигнал Hieght соответствует изменению расстояния между зондом и образцом, при условии, что прибор имеет верные калибровки и зонд не находится в постоянном контакте с образцом.
Используя зависимость амплитуды от расстояния, на которое выдвинута пьезотрубка, можно произвести калибровку амплитуды колебаний кантилевера.
5.4.1.1.Основные операции при спектроскопических измерениях
К выполнению спектроскопических измерений можно приступать после того, как:
−произведен подвод к образцу по полуконтактному методу (см. п. 5.1.4 «Подвод образца к зонду» на стр. 126);
−сканер откалиброван (см. книгу «Программное обеспечение для СЗМ»,
часть 2, п.2.2.7. «Calibration»).
Основные операции:
Процедура измерения зависимости включает следующие основные операции:
1.Переход в окно спектроскопии (см. стр. 148).
2.Установка вида измеряемой зависимости, т.е. выбор аргумента и функции
(в рассматриваемом примере аргумента Height и функции Mag) (см. стр. 148).
3.Установка интервала изменения аргумента (см. стр. 149).
4.Задание прочих параметров (см. стр. 151).
147
СЗМ Solver PRO. Руководство пользователя. Основная часть
5.Выбор точек спектроскопии (см. стр. 152).
6.Запуск измерений (см. стр. 154).
7.Просмотр данных спектроскопии и работа с ними (см. стр. 154).
Ниже приводится более подробное описание перечисленных выше основных операций.
5.4.1.2.Переход в окно спектроскопии
Перед началом проведения процедуры спектроскопии перейдите в окно Curves (закладка Curves на панели закладок основных операций) (Рис. 5-46).
Рис. 5-46
5.4.1.3.Установка вида измеряемой зависимости
1.Выберите аргумент зависимости в поле выбора a (поле выбора аргумента зависимости находится на панели управления, см. Рис. 5-47). В рассматриваемом примере аргументом является сигнал Height.
Рис. 5-47
#ПРИМЕЧАНИЕ.
В качестве изменяемого параметра может быть выбран один из следующих сигналов:
Height – сигнал, соответствующий расстоянию, на которое выдвинут пьезосканер в направление Z;
SetPoint – сигнал, характеризующий колебания и состояние кантилевера (амплитуда колебаний, фаза, СКВ отклонение, средний изгиб), подаваемый на вход цепи обратной связи;
BiasVoltage – напряжение смещения, подаваемое либо на зонд, либо на образец в зависимости от типа прибора и настроек схемы.
148
Глава 5. Полуконтактная атомно-силовая микроскопия
2.Установите сигнал, соответствующий измеряемой величине, в поле выбора f1(a). В рассматриваемом примере измеряемым сигналом является Mag
(Рис. 5-48).
Рис. 5-48
#ПРИМЕЧАНИЕ. Для каждого аргумента имеется свой набор сигналов, которые можно использовать в качестве измеряемого сигнала f1(a).
5.4.1.4.Установка интервала изменения аргумента
Установите интервал изменения аргумента: минимальное и максимальное значения. (Рис. 5-49).
Рис. 5-49
Минимальное значение (по абсолютной величине) это расстояние, на которое пьезосканер увеличит свою длину, то есть приблизит образец к зонду.
Максимальное значение – это расстояние, на которое пьезосканер уменьшит свою длину, т.е. отодвинет образец от зонда.
Отсчет значений производится от текущего положения пьезосканера.
#ПРИМЕЧАНИЕ. Изменение величины Height происходит по следующей схеме. Сначала резким скачком она достигает максимального значения, указанного в поле Max. Затем линейно уменьшается до значения, указанного в поле Min и линейно возрастает до значения, указанного в поле Max. Потом величина Height возвращается к исходному значению
(Рис. 5-50).
149
СЗМ Solver PRO. Руководство пользователя. Основная часть
Рис. 5-50
Рекомендации по повышению качества измерений
В силу того, что пьезокерамика обладает инерционностью, помните, что реальное перемещение пьезосканера не соответствует изменению величины Height.
Реальное значение можно получить, если использовать измерительную головку с емкостными датчиками. Настройка емкостных датчиков подробно описана в п. «Подготовка прибора к работе по методам АСМ». Их включение производится кнопкой Closed-Loop (Рис. 5-51).
Рис. 5-51
Если используемый сканер не содержит емкостных датчиков, уменьшить влияние инерционности пьезокерамики можно увеличив время снятия зависимости, т.е. увеличив значение параметра Curve Time (см. стр. 151).
150