Galvenie rīki, kas nepieciešami AFM zondes kalibrēšanai, ietver standarta paraugus, lāzera izlīdzināšanas sistēmas, vides kontroles iekārtas un kalibrēšanas programmatūru; Kopumā šie rīki nodrošina nanomēroga mērījumu precizitāti un reproducējamību.
I. Standarta paraugi: izsekojamu fizisko atsauču nodrošināšana
Standarta paraugi kalpo kā kalibrēšanas "līnijas", ko izmanto, lai pārbaudītu un labotu dažādus AFM sistēmas parametrus.
1. Z-Ass augstuma kalibrēšanas paraugi
TGZ sērijas Z-Virziena standarti (piem., TGZ1): tiem ir zināms soļa augstums (20,0 ± 1,5 nm), un tos izmanto, lai koriģētu Z-ass pjezoelektriskā skenera pastiprinājumu un linearitāti.
Si(111) Single-Crystal Silicon Steps: tiem ir atomiski plakana virsma ar teorētisko pakāpiena augstumu 0,19 nm, tāpēc tie ir piemēroti īpaši-augstas-precizitātes Z-ass jutības kalibrēšanai.
2. XY-Ass skenera kalibrēšanas paraugi
TGG1 trīsstūrveida režģa standarts: raksturo 3 ± 0,05 μm periodu, un to izmanto, lai noteiktu sānu skenēšanas nelinearitāti, leņķiskos kropļojumus un uzgaļu raksturošanai.
TGX1 šaha kvadrātveida pīlāru masīvs: 2D periodiska struktūra, kas spēj vispusīgi koriģēt pikseļu izmērus un skenera kropļojumus gan X, gan Y virzienā.
3. Uzgaļu formas novērtēšanas paraugi
TGT1 3D uzgaļa kalibrēšanas standarts: satur dziļas tranšejas un asas malas, ko izmanto, lai rekonstruētu uzgaļa profilu un noteiktu attēla konvolūcijas efektus, ko izraisa uzgaļa notrulināšana vai piesārņojums.
SHS sērijas piramīdas pakāpes standarti (50–100 nm): izmanto, lai novērtētu sānu izšķirtspēju un zondes sānu sienu ietekmi.
Lietošanas padoms. Standarta paraugi jāuzglabā sausā,{0}}putekļu brīvā vidē; nepieskarieties virsmai, lai izvairītos no skrāpējumiem vai piesārņojuma.
II. Lāzera un fotodetektoru sistēma: nodrošina precīzu spēka signālu pārveidošanu
AFM nosaka konsoles novirzi, izmantojot lāzera atstarošanas principu; šai sistēmai ir nepieciešama precīza izlīdzināšana, lai nodrošinātu datu uzticamību.
Lāzera izstarotājs: izstaro fokusētu staru uz zondes konsoles atstarojošo zonu. Četru-kvadrantu fotodiode (PSPD): uztver atstaroto gaismu un pārvērš nelielas konsoles novirzes elektriskos signālos.
Lāzera izlīdzināšanas mehānisms: manuāli vai automātiski pielāgo lāzera pozīciju, lai nodrošinātu, ka lāzera punkts atrodas optimālajā reģionā konsoles aizmugurē.
Atslēgas metrika: signāla intensitāte ir jānoregulē uz vairāk nekā 80% no pilnas skalas, lai izvairītos no signāla piesātinājuma vai pārāk zemas signāla -pret{2}}trokšņu attiecības (SNR).
III. Vides kontroles rīki: ārējo traucējumu novēršana
AFM ir ārkārtīgi jutīgi pret apkārtējo vidi, un tiem ir nepieciešams specializēts aprīkojums, lai uzturētu stabilus darbības apstākļus.
Vibrāciju izolācijas tabula: izolē zemes vibrācijas, lai nodrošinātu attēlveidošanas stabilitāti atomu{0}}līmenī.
Pastāvīgas temperatūras un mitruma kamera (vai laboratorijas HVAC sistēma): kontrolē temperatūru 20–25 grādi un mitrumu 40–60 % robežās, lai samazinātu termisko novirzi un mitruma adsorbciju.
Elektromagnētiskā ekrāna korpuss: neļauj ārējiem elektromagnētiskajiem laukiem traucēt signāla uztveršanu.
Viena-punkta zemējuma sistēma: novērš zemējuma cilpu izraisītu trokšņu rašanos.
Piezīme. Temperatūras svārstības tikai par 1 grādu var izraisīt ievērojamu termisko novirzi, apdraudot ilgstošas skenēšanas{1}}precizitāti.
IV. Palīgrīki un palīgmateriāli: darbības un apkopes atbalsts
|
Rīka nosaukums |
Funkcijas apraksts |
|
Pincetes (nav{0}}magnētiskas) |
Izmanto zondes uzstādīšanai; novērš pirkstu saskari ar konsoli, tādējādi izvairoties no piesārņojuma vai bojājumiem. |
|
Etanola tamponi/neplūksnas{0}}drānas |
Izmanto parauga stadijas un skavu tīrīšanai, neļaujot putekļiem traucēt skenēšanu. |
|
Slāpekļa izpūšana-no pistoles |
Izmanto, lai noņemtu daļiņas no parauga virsmas, novēršot zondes gala skrāpējumus. |
|
Uzglabāšanas konteiners (vakuums vai eksikators) |
Izmanto standarta paraugu un rezerves zondu uzglabāšanai, novēršot oksidēšanos un piesārņojumu. |
V. Kalibrēšanas programmatūra un algoritmi: parametru aprēķināšana un kļūdu kompensācija
Mūsdienu AFM ir aprīkoti ar specializētu programmatūru, lai automatizētu kalibrēšanas procesu:
Jūtības kalibrēšanas modulis: aprēķina apgrieztās optiskās sviras jutību (InvOLS), pamatojoties uz spēka{0}}attāluma līknēm.
Skenera nelinearitātes korekcijas algoritms: ģenerē pikseļu{0}}kartēšanas korekcijas tabulu X un Y asīm, pamatojoties uz standarta kalibrēšanas paraugu attēliem.
Dekonvolūcijas algoritms: rekonstruē zondes gala formu no iegūtā attēla, lai koriģētu attēla paplašināšanos, ko izraisa uzgaļa nodilums (neasināšanās). Novirzes kompensācijas funkcija:{1}}reāllaika parauga pozīcijas izmaiņu izsekošana, lai uzlabotu{2}}attēlveidošanas stabilitāti ilgtermiņā.
Atbilstība standartiem: sistemātiskai kalibrēšanai iesakām atsaukties uz ASTM E2546-18, "Standarta rokasgrāmata atomspēka mikroskopa kalibrēšanai un darbībai".
