В этом случае за высоту рельефа поверхности в данной точке можно принять минимальное расстояние между точкой зонда и соответствующей точкой поверхности для данного положения зонда относительно поверхности. По своему физическому смыслу данное условие эквивалентно условию равенства производных, однако оно позволяет проводить поиск точек касания зонда с поверхностью более адекватным методом, что существенно сокращает время реконструирования рельефа.
Для калибровки и определения формы рабочей части зондов используются специальные тестовые структуры с известными параметрами рельефа поверхности. Виды наиболее распространенных тестовых структур и их характерные изображения, полученные с помощью атомно-силового микроскопа представлены на рис. 26 и рис. 27 [5].
Калибровочная решетка в виде острых шипов позволяет хорошо прописывать кончик зонда, в то время как прямоугольная решетка помогает восстановить форму боковой поверхности. Комбинируя результаты сканирования данных решеток, можно полностью восстанавливать форму рабочей части зондов [5].
7. Современные СЗМ
1) Сканирующий зондовый микроскоп SM-300
Предназначен для изучение морфологических особенностей и структуры порового пространства. SM-300 (рис. 28) снабжен встроенным микроскопом оптического позиционирования, который избавляет от необходимости бесконечного поиска области, представляющей интерес. Цветное оптическое изображение выборки, с небольшим увеличением, отображается на компьютерном мониторе. Перекрестие на оптическом изображении соответствует позиции электронного луча. Используя перекрестие, можно произвести быстрое позиционирование, чтобы задать область, представляющую интерес для анализа растровым
Рис. 28. СЗМ SM-300 электронным микроскопом. Блок оптического позиционирования оснащен отдельным компьютером, что обеспечивает его аппаратную независимость от сканирующего микроскопа.
ВОЗМОЖНОСТИ SM - 300
· Гарантируемая разрешающая способность 4 нм
· Уникальный оптический позиционирующий микроскоп (дополнительно)
· Интуитивно понятное программное обеспечение Windows ®
· Полностью компьютерное управление растровым микроскопом и построением изображений
· Стандартный телевизионный вывод с обработкой цифрового сигнала
· Компьютерное управление системой низкого вакуума (опция)
· Все исследования, выполняются на одном положении оси аппликат (12 мм)
· Элементный рентгеновский микроанализ в режимах низкого и высокого вакуума (дополнительно)
· Возможность работы в условиях нормального комнатного освещения
· Исследование непроводящих образцов без их предварительной подготовки
· Разрешающая способность 5.5 нм в режиме низкого вакуума
· Программное управление переключением режимов
· Выбираемый диапазон вакуума камеры 1.3 – 260 Пa
· Вывод изображения на экран компьютерного монитора
· Последовательный V-обратно рассеянный датчик Робинсона
2) Сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения Supra50VP с системой микроанализа INCA Energy+Oxford.
Прибор (рис. 29) предназначен для проведения исследований во всех областях материаловедения, в области нано- и биотехнологий. Прибор позволяет работать с образцами большого размера, кроме того он поддерживает режим работы в условиях переменного давления для исследования непроводящих образцов без подготовки. Рис. 29. СЗМ Supra50VP
ПАРАМЕТРЫ:
- ускоряющее напряжение 100 В – 30 кВ (катод с полевой эмиссией)
- макс. увеличение до х 900000
- сверхвысокое разрешение – до 1 нм (при 20 кВ)
- вакуумный режим с переменным давлением от 2 до 133 Па
- ускоряющее напряжение – от 0.1 до 30 кВ
- моторизированный столик с пятью степенями свободы
- разрешение EDX детектора 129 эВ на линии Ka(Mn), скорость счета до 100000 имп/с
3) LEO SUPRA 25 модернизированный микроскоп с «GEMINI» колонной и с полевой эмиссией (рис.30).
– Разработан для исследований в области наноанализа
– Можно подключать как EDX, так и WDX системы для микроанализа
– Разрешение 1.5 нм на 20 кВ, 2 нм на 1 кВ.
Заключение
За прошедшие годы применения зондовой микроскопии позволило достичь уникальных научных результатов в различных областях физики, химии и биологии.
Если первые сканирующие зондовые микроскопы были приборами-индикаторами для качественных исследований, то современный сканирующий зондовый микроскоп – это прибор, интегрирующий в себе до 50 различных методик исследования. Он способен осуществлять заданные перемещения в системе зонд-образец с точностью до 0,1%, рассчитывать форм-фактор зонда, производить прецизионные измерения достаточно больших размеров (до 200 мкм в плоскости сканирования и 15 – 20 мкм по высоте) и, при этом, обеспечивать субмолекулярное разрешение.
Сканирующие зондовые микроскопы превратились в один из наиболее востребованных на мировом рынке классов приборов для научных исследований. Постоянно создаются новые конструкции приборов, специализированные для различных приложений.
Динамичное развитие нанотехнологии требует все большего и большего расширения возможностей исследовательской техники. Высокотехнологичные компании во всем мире работают над созданием исследовательских и технологических нанокомплексов, объединяющих в себе целые группы аналитических методов, таких как: спектроскопия комбинационного рассеяния света, люминесцентная спектроскопия, рентгеновская спектроскопия для элементного анализа, методы оптической микроскопии высокого разрешения, электронной микроскопии, техники фокусированных ионных пучков. Системы приобретают мощные интеллектуальные возможности: способность распознавать и классифицировать изображения, выделять требуемые контрасты, наделяются возможностями по моделированию результатов, а вычислительные мощности обеспечиваются использованием суперкомпьютеров.
Разрабатываемая техника имеет могучие возможности, но конечной целью ее использования является получение научных результатов. Овладение возможностями этой техники само по себе является задачей высокой степени сложности, требующей подготовки высококлассных специалистов, способных эффективно пользоваться этими приборами и системами.
Список литературы
1. Неволин В. К. Основы туннельно-зондовой технологии / В. К. Неволин, – М.: Наука, 1996, – 91 с.
2. Кулаков Ю. А. Электронная микроскопия / Ю. А. Кулаков, – М.: Знание, 1981, – 64 с.
3. Володин А.П. Сканирующая микроскопия / А. П. Володин, – М.: Наука, 1998, – 114 с.
4. Сканирующая зондовая микроскопия биополимеров / Под редакцией И. В. Яминского, – М.: Научный мир, 1997, – 86 с.
5. Миронов В. Основы сканирующей зондовой микроскопии / В. Миронов, – М.: Техносфера, 2004, – 143 с.
6. Рыков С. А. Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых материалов / С. А. Рыков, – СПБ: Наука, 2001, – 53 с.
7. Быков В. А., Лазарев М. И. Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности / В. А. Быков, М. И. Лазарев // Электроника: наука, технология, бизнес, – 1997, – №5, – с. 7 – 14.