 |
Влияние острия зонда на получаемые изображения
|
|
|
|
Рисунок 9. Профиль зонда.
|
Форма зонда является определяющей при получении качественного изображения. Если для атомарно гладких поверхностей критичным является только радиус кончика, то для отображения ступенек, склонов, ям и прочих перепадов по высоте критическим является угол заточки зонда. Многие артефакты изображения обусловлены именно формой зонда.
Условно зонд можно разделить на три части (Рисунок 9): (I) – нетравленая часть вольфрамовой заготовки, (II) – переходная область, (III) – кончик зонда, используемый непосредственно во время сканирования.
В качестве материала для изготовления зондов в данной работе используется вольфрамовая проволока диаметром 0,15 мм. Расстояние от кончика зонда до пьезотрубки составляет примерно (5-10) мм.
Область (III) обычно характеризуется радиусом окружности, вписывающейся в кончик зонда. Из литературы известны случаи, когда в процессе травления кончик зонда получался с радиусом ~5 нм. Для исследований образцов с существенными перепадами высот на поверхности необходимо также учитывать угол заточки зонда. Оптимальным для СЗМ NanoEducator LE можно считать угол между образующими от 15 до 30 градусов.
Влияние формы зонда на получаемые изображения
Для определения формы рабочей части зондов в данной работе предлагается использовать специальный тестовый образец (решётка – TGT1) с известными параметрами рельефа поверхности. Общий вид решётки TGT1, изображение получено на растровом электронном микроскопе, и характерное СЗМ изображение отдельного пика, полученное с помощью атомно-силового микроскопа (Рисунок 10). TGT1 – это тестовая калибровочная решётка в виде острых пиков, представляющих собой упорядоченный массив перевёрнутых АСМ зондов с радиусом закругления не более 10 нм, которая широко применяется для определения формы зондов.
|
|
|
Рисунок 10. Электронно-микроскопическое изображение калибровочной решетки TGT1 в виде
|
Из-за особенностей решётки TGT1 и процесса сканирования, то полученное изображение пиков совпадает с формой кончика зонда.
Практических работ.
Изготовлении зондов различной длины.
Рисунок 11. Фотография установки заточки зонда.
|
Последовательность действий травления
1. Подключить УЗИ к адаптеру, входящему в комплект поставки, подключить адаптер к электрической сети 220 В.
2. Запустить программу Etching. Выберить метод травления («Мет1»).
3. Вставить в держатель заготовку острия зонда.
4. Повернить кольцо в сторону от держателя.
5. Вставить держатель в УЗИ так, чтобы проволока-заготовка была вертикальна.
6. Вращением винта перемещения по часовой стрелке или нажатием кнопки поднять держатель с заготовкой зонда в верхнее положение.
7. Заполнить ванночку 5-ти процентным раствором KOH (так же можно использовать NaOH).
8. Повернуть кольцо так, чтобы оно оказалось над ванночкой с раствором. Нажатием на держатель кольца опустить кольцо в ванночку, затем плавно отпустить держатель (на кольце образуется капля раствора). Если капля сорвалась при перемещениях кольца, следует повторить операцию.
9. Подвести кольцо под заготовку и опустить проволоку в каплю, вращая винт перемещения против часовой стрелки или нажав кнопку.
10. Перед включением травления следует закрыть ванночку для раствора листиком бумаги во избежание загрязнения чистого раствора.
11. Включить процесс травления, нажав кнопку «Старт» окна программы Etching.
12. После перетравливания нижний конец проволоки падает, и травление автоматически прекращается.
Получение АЧХ на СЗМ.
Зонд 1.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – зависимость амплитуды сигнала от частоты сигнала. А также функция, выражающая (описывающая) эту зависимость. А также – график этой функции.
|
|
|
Рисунок 13. АЧХ первого зонда. Полный диапазон рабочих частот.
| 
Рисунок 14. АЧХ первого зонда. Диапазон рабочих частот вблизи частоты резонанса.
|
Рисунок 12. Фотография первого зонда.
|
На графиках видна частота зонда длиной 1,1 мм составляет 9,13 кГц. Левый график – определения частоты при грубой автоматической настройки. А правый график – более точная ручная настройка.
Обратите внимание на склон функции в правой части правого графика, он пологий. И зонд выглядит гладким.
Зонд 2
Рисунок 15. АЧХ Второго зонда. Полный диапазон рабочих частот.
| 
Рисунок 16. АЧХ второго зонда. Диапазон рабочих частот вблизи частоты резонанса.
|
Рисунок 17. Фотография второго зонда.
|
На данных графиках представлена слева АЧХ грубого поиска резонансной частоты, справа точного ручного поиска. Длина зонда составляет 0,9 мм, частота 7,80 кГц.
В правой части функции правого графика наблюдается плоский горизонтальный участок, а после вновь рост амплитуды при повышении частоты. На зонде наблюдается наросты, увеличивающие массу и сопротивление воздуху при частотном колебании.
Зонд 3.
Рисунок 18. АЧХ третьего зонда. Полный диапазон рабочих частот.
| 
Рисунок 19. АЧХ третьего зонда. Диапазон рабочих частот вблизи частоты резонанса.
|
Рисунок 20. Фотография третьего зонда.
|
АЧХ зонда длиной 0,8 мм с частотой резонанса 7,76 кГц. Кончик зонда загнулся, видимо был повреждён при установке, для проведения сканирования такой зонд не подходит, но для нашего исследования его можно использовать. Так же наблюдается небольшие наросты. Правая часть графика так же имеет небольшое горизонтальное плато и последующее увеличение амплитуды при увеличении частоты.
Зонд 4.
Рисунок 21. АЧХ четвёртого зонда. Полный диапазон рабочих частот.
| 
Рисунок 22. АЧХ четвёртого зонда. Диапазон рабочих частот вблизи частоты резонанса.
|
Рисунок 23. Фотография четвёртого зонда.
|
АЧХ зонда длиной 0,6 мм, с частотой 7,19 кГц. Кончик зонда выглядит нормальным, но чуть выше, плоский нарост, который по форме гладкий, и не должен сильно увеличивать сопротивления воздуха при колебании. На правой части зонда так же наблюдается горизонтальное плато.
|
|
|
|
|
|
