2.3.Тестовые объекты.

Для определения достоверности исследований методом АСМ – микроскопии проводится тестирование и калибровка работы микроскопа и тестирование качества зондов.

Для калибровки и определения рабочей формы зондов используются специальные тестовые структуры с известными параметрами рельефа поверхности. Большой выбор калибровочных решеток различного типа предлагает фирма MicroMasch.

Калибровочная решетка в виде острых шипов (рис.4,а) позволяет оценить качество острия зонда. Прямоугольная решетка (рис.4,б) помогает восстановить форму боковой поверхности зонда. Вместе это дает полное представление о форме рабочей части зонда.

а)	б)

Рис.4. Калибровочные решетки для определения рабочей формы зондов а) TGT1, б) TGX1 .

Для калибровки микроскопов в плоскости сканирования и по вертикали применяются дифракционные решетки с субмикронными размерами.

При отсутствии специально изготовленных калибровочных решеток, можно использовать в качестве тестового объекта для получения атомарного разрешения свежий скол слюды или высоко ориентированного пиролитического графита (ВОПГ), т.к. параметры их рельефа хорошо известны. Преимуществами графита как тестового образца являются:

• стабильная работа выхода;

• низкая концентрация точечных и линейных дефектов;

• низкая химическая активность в атмосферных условиях;

• возможность получения атомарно – чистой поверхности.

2.4. Разрешение в асм

Разрешающая способность АСМ в нормальном и латеральном направлениях сканирования оценивается по-разному. Она определяется качеством зонда и чувствительностью системы регистрации отклонений кантилевера.

В направлении z (т.е. по нормали) разрешающая способность АСМ определяется уровнем шумов пьезосканера, кантилевера и элементов электронного блока (предусилителя, цепи обратной связи, высоковольтных усилителей). Минимальное изменение z-координаты зонда при сканировании, детектируемое на уровне шумов, может служить критерием разрешающей способности по нормали к исследуемой поверхности. В зависимости от параметров эксперимента предел разрешения по нормали составляет доли-единицы ангстрем.

Латеральное разрешение определяется двумя факторами: размером шага изображения и минимальным радиусом острия зонда.

Если АСМ - изображение имеет размер более, чем 1х1 мкм², то разрешение определяется величиной шага изображения (например, скан 1х1 мкм²при формате данных 512х512 точек будет иметь размер шага и разрешение 20Å). В случае исследования молекулярной или атомной структуры предельное разрешение будет достигнуто только в том случае, если с исследуемой поверхностью будет взаимодействовать один крайний атом острия зонда, что реально не реализуется.

Во всех случаях атомно-силовой микроскопии, чем острее зонд, тем выше будет разрешение.

2.5. Шероховатость поверхности твердого тела

Атомно-силовая микроскопия позволяет исследовать рельеф поверхности с нанометровым разрешением. Этот факт успешно используется для исследования поверхностной шероховатости, формирующейся в результате различных процессов.

Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей, образующих микрорельеф поверхности с относительно малыми шагами, выделенная, например, с помощью базовой линии или части плоскости. Оценивать шероховатость можно как для поверхности, так и для конкретного выделенного профиля вдоль заданного отрезка.

Оценивают шероховатость одним или несколькими параметрами. Чаще всего для поверхности применяют: среднее арифметическое отклонение профиля R_a, высоту неровностей профиля по десяти точкам R_z, наибольшую высоту неровностей профиля R_max, среднеквадратичную шероховатость R_q..

1. R_a - средняя шероховатость определяется как среднее арифметическое отклонение профиля от средней наклонной прямой или плоскости, проведенной методом наименьших квадратов. Этот параметр определяется как площадь отклонения профиля шероховатости относительно средней прямой (плоскости), деленной на общую длину базовой линии, и численно равен интегралу:

для дискретного случая

.

Аналогичные расчеты проводятся для поверхности. R_a не дает полной картины профиля шероховатости поверхности, так как многие поверхности могут иметь одинаковую среднюю шероховатость, но различную форму.

2. R_q.. - среднеквадратичная шероховатость характеризует среднеквадратичное отклонение профиля поверхности относительно базовой линии и вычисляется как

3. R_max - наибольшая высота неровностей профиля или расстояние между наибольшим пиком и наибольшей впадиной на базовой линии (плоскости).

4. R_z – высота неровностей профиля по 10 точкам определяется как

, где

R_nmax n=1…5 пять высот наибольших пиков, R_nmin n=1…5 пять высот наибольших впадин.