AFM-sondi kalibreerimiseks vajalikud põhitööriistad hõlmavad standardproove, laserjoondussüsteeme, keskkonnakontrolli seadmeid ja kalibreerimistarkvara; ühiselt tagavad need tööriistad nanoskaala mõõtmiste täpsuse ja reprodutseeritavuse.
I. Standardproovid: jälgitavate füüsiliste viidete pakkumine
Standardproovid on kalibreerimise "joonlauad", mida kasutatakse AFM-süsteemi erinevate parameetrite kontrollimiseks ja korrigeerimiseks.
1. Z-Telje kõrguse kalibreerimise näidised
TGZ seeria Z-Suunastandardid (nt TGZ1): neil on teadaolev sammukõrgus (20,0 ± 1,5 nm) ja neid kasutatakse Z--telje piesoelektrilise skanneri võimenduse ja lineaarsuse korrigeerimiseks.
Si(111) Single-Crystal Silicon Steps: neil on aatomiliselt tasane pind, mille teoreetiline astme kõrgus on 0,19 nm, mistõttu need sobivad üli-kõrge-täpse Z--telje tundlikkuse kalibreerimiseks.
2. XY-Axis Scanneri kalibreerimisnäidised
TGG1 kolmnurkvõre standard: sellel on 3 ± 0,05 μm periood ja seda kasutatakse külgmise skaneerimise mittelineaarsuse, nurkmoonutuste tuvastamiseks ja otsiku iseloomustamiseks.
TGX1 ruudukujuline samba massiiv: 2D perioodiline struktuur, mis suudab igakülgselt korrigeerida pikslite mõõtmeid ja skanneri moonutusi nii X- kui ka Y-suunas.
3. Otsa kuju hindamise proovid
TGT{0}}D Otsa kalibreerimise standard: sisaldab sügavaid kaevikuid ja teravaid servi, mida kasutatakse otsaprofiili rekonstrueerimiseks ja kujutise konvolutsiooniefektide tuvastamiseks, mis on põhjustatud otsa nüristamisest või saastumisest.
SHS-seeria püramidaalastme standardid (50–100 nm): kasutatakse külgmise eraldusvõime ja sondi külgseinte mõju hindamiseks.
Kasutusnõuanne: standardseid proove tuleb hoida kuivas, tolmuvabas-keskkonnas; vältige pinna puudutamist, et vältida kriimustusi või saastumist.
II. Laser- ja fotodetektorisüsteem: jõusignaalide täpse teisendamise võimaldamine
AFM tuvastab konsooli läbipainde laserpeegelduse põhimõttel; see süsteem nõuab andmete usaldusväärsuse tagamiseks täpset joondamist.
Laseremitter: kiirgab fokuseeritud kiire sondi konsooli peegeldavale alale. Neli-kvadrantne fotodiood (PSPD): võtab vastu peegeldunud valguse ja muudab konsooli väikesed läbipainded elektrilisteks signaalideks.
Laseri joondamise mehhanism: reguleerib laseri asendit käsitsi või automaatselt, et laserpunkt jääks konsooli tagaosas optimaalsesse piirkonda.
Võtmemõõdik: signaali intensiivsus tuleks reguleerida üle 80% täisskaala väärtusest, et vältida signaali küllastumist või liiga madalat signaali -/-müra suhet (SNR).
III. Keskkonnakontrolli tööriistad: väliste häirete kõrvaldamine
AFM-id on oma keskkonna suhtes äärmiselt tundlikud ja vajavad stabiilsete töötingimuste säilitamiseks spetsiaalseid seadmeid.
Vibratsiooniisolatsiooni tabel: isoleerib maapinna vibratsiooni, et tagada aatomi{0}}taseme kujutise stabiilsus.
Püsitemperatuuri ja -niiskuse kamber (või labori HVAC-süsteem): reguleerib temperatuuri vahemikus 20–25 kraadi ja niiskust vahemikus 40–60%, et minimeerida termilist triivi ja niiskuse adsorptsiooni.
Elektromagnetiline varjestuskate: takistab väliste elektromagnetväljade signaali saamist häirimast.
Ühe-punkti maandussüsteem: väldib maandussilmuste põhjustatud müra.
Märkus. Vaid 1 kraadine temperatuurikõikumine võib esile kutsuda märkimisväärse termilise triivi, mis kahjustab pika-kestusega skannimiste täpsust.
IV. Abitööriistad ja tarbekaubad: operatsiooni ja hoolduse toetamine
|
Tööriista nimi |
Funktsiooni kirjeldus |
|
Pintsetid (mitte{0}}magnetilised) |
Kasutatakse sondi paigaldamiseks; hoiab ära sõrme kontakti konsooliga, vältides sellega saastumist või kahjustusi. |
|
Etanooli tampoonid / ebemevabad -lapid |
Kasutatakse proovialuse ja klambrite puhastamiseks, vältides tolmu skaneerimist segamast. |
|
Lämmastiku puhumine{0}}püstolist maha |
Kasutatakse tahkete osakeste eemaldamiseks proovi pinnalt, vältides sondi otsa kriimustamist. |
|
Säilituskonteiner (vaakum või eksikaator) |
Kasutatakse standardproovide ja varusondide hoidmiseks, vältides oksüdeerumist ja saastumist. |
V. Kalibreerimistarkvara ja algoritmid: parameetrite arvutamine ja vigade kompenseerimine
Kaasaegsed AFM-id on varustatud spetsiaalse tarkvaraga kalibreerimisprotsessi automatiseerimiseks:
Sensitiivsuse kalibreerimise moodul: arvutab jõu{0}}kauguskõverate põhjal optilise hoova pöördtundlikkuse (InvOLS).
Skanneri mittelineaarsuse korrigeerimise algoritm: loob standardsete kalibreerimisnäidiste kujutiste põhjal X- ja Y-telgede pikslite{0}}vaste korrigeerimise tabeli.
Dekonvolutsiooni algoritm: rekonstrueerib saadud kujutise põhjal sondi otsa kuju, et korrigeerida otsiku kulumisest (nüristamisest) põhjustatud kujutise laienemist. Triivi kompenseerimise funktsioon:{1}}näidiste asukoha muutuste reaalajas jälgimine, et parandada pildistamise pikaajalist stabiilsust.
Vastavus standarditele: süstemaatiliseks kalibreerimiseks soovitame kasutada ASTM E2546-18, "Aatomjõumikroskoobi kalibreerimise ja kasutamise standardjuhend".
