6. Системы защиты микроскопа.Узлы зондового микроскопа???

При наноиндентировании, как и при любом другом методе измере­ний может возникать ряд погрешностей. Их источниками являются из­мерительная техника, методика расчетов или сам образец. Всего набира­ется более десятка причин появления погрешностей в определении глу­бины отпечатка к. наличие "начального отпечатка", тепловой дрейф, конечная жесткость силовой рамы, несовершенная геометрия ин­дентора, образование навалов ("pile up") и провалов ("sink in") по контуру отпечатка, масштабный эффект в твердости, шерохова­тость поверхности, остаточные напряжения, негомогенность тести­руемой поверхности. По отношению ко всем выработаны способы уче­та и снижения их влияния на результат…

7. Электросиловая микроскопия

электросиловая микроскопия, в которой зонд и исследуемая поверхность образуют конденсатор ёмкостью С. На зонд наносится проводящее покрытие и подаётся переменное напряжение различной частоты. На поверхности возникает потенциал, зависящий от диэлектрических характеристик поверхности, что позволяет изучать состояние поверхности с высоким разрешением.

Электросиловая микроскопия. В электросиловой микроскопии для получения информации о свойствах поверхности используется электрическое взаимодействие между зондом и образцом. Рассмотрим систему, состоящую из зондового датчика, у которого зонд имеет проводящее покрытие, и образца, представляющего собой тонкий слой материала на хорошо проводящей подложке.

Пусть между зондом и образцом подано постоянное напряжение U₀ и переменное напряжение U~ = U₁ ·Sin(ωt). Если тонкий слой на подложке представляет собой полупроводник или диэлектрик, то он может содержать поверхностный заряд, так что на поверхности образца существует распределение потенциала φ(x,y) . Напряжение между зондом и поверхностью образца можно представить в виде

.

 

Схема измерения электрического взаимодействия зонда с образцом.

Система зонд – образец обладает некоторой электрической емкостью С, так что энергия такой системы может быть представлена в следующем виде: . Тогда электрическая сила взаимодействия зонда и образца равна. А ее Z-компонента может быть представлена в виде.

Детектирование амплитуды колебаний кантилевера на частоте 2ω позволяет исследовать распределение вдоль поверхности величины - производной от емкости по координате z. С помощью этого метода можно изучать локальные диэлектрические свойства приповерхностных слоев образцов. Для получения высокого разрешения в данной методике необходимо, чтобы электрическая сила в системе зондовый датчик - образец определялась, в основном, взаимодействием между зондом и поверхностью.

Поскольку сама величина зависит от расстояния зонд-образец, для исследования диэлектрических свойств образцов применяется двухпроходная методика. В каждой строке сканирования производится следующая процедура. На первом проходе с помощью пьезовибратора возбуждаются колебания кантилевера на частоте, близкой к резонансной частоте, и снимается АСМ изображение рельефа в "полуконтактном" режиме. Затем зондовый датчик отводится от поверхности на расстояние, между зондом и образцом подается переменное (на частоте) напряжение, и осуществляется повторное сканирование. На втором проходе датчик движется над поверхностью по траектории, повторяющей рельеф образца. Поскольку в процессе сканирования локальное расстояние между зондовым датчиком и поверхностью в каждой точке постоянно, изменения амплитуды колебаний кантилевера на частоте 2ω будут связаны с изменением емкости системы зонд-образец вследствие изменения диэлектрических свойств образца.

 

Двухпроходная методика ЭСМ.

Таким образом, итоговый ЭСМ кадр представляет собой двумерную функцию , характеризующую локальные диэлектрические свойства образца.

    Детектирование сигнала на частоте позволяет изучать распределение поверхностного потенциала(так называемый метод Кельвина).

Для этого при сканировании образца на втором проходе в каждой точке производится следующая процедура. С помощью перестраиваемого источника постоянного напряжения подбирается величина U₀ таким образом, чтобы амплитуда колебаний кантилевера на частоте становилась равной нулю. Это происходит в том случае, если U₀ = в данной точке поверхности.