Pagrindiniai įrankiai, reikalingi AFM zondo kalibravimui, yra standartiniai mėginiai, lazerinio derinimo sistemos, aplinkos kontrolės įranga ir kalibravimo programinė įranga; kartu šios priemonės užtikrina nanoskalės matavimų tikslumą ir atkuriamumą.
I. Standartiniai pavyzdžiai: atsekamų fizinių nuorodų teikimas
Standartiniai pavyzdžiai yra kalibravimo „liniuotės“, naudojami įvairiems AFM sistemos parametrams patikrinti ir koreguoti.
1. Z-Ašies aukščio kalibravimo pavyzdžiai
TGZ serijos Z{0}}krypties standartai (pvz., TGZ1): turi žinomą žingsnio aukštį (20,0 ± 1,5 nm) ir yra naudojami Z-ašies pjezoelektrinio skaitytuvo stiprinimui ir tiesiškumui koreguoti.
Si(111) pavieniai-kristaliniai silicio laipteliai: turi atomiškai plokščią paviršių, kurio teorinis žingsnio aukštis yra 0,19 nm, todėl jie tinka itin -didelio- tikslumo Z-ašies jautrumui kalibruoti.
2. XY-Axis Scanner kalibravimo pavyzdžiai
TGG1 trikampių grotelių standartas: turi 3 ± 0,05 μm periodą ir yra naudojamas aptikti šoninio skenavimo netiesiškumą, kampinius iškraipymus ir apibūdinti galiuką.
TGX1 šaškių lentos kvadratinių stulpų masyvas: 2D periodinė struktūra, galinti visapusiškai koreguoti pikselių matmenis ir skaitytuvo iškraipymus tiek X, tiek Y kryptimis.
3. Antgalio formos įvertinimo pavyzdžiai
TGT1 3D antgalio kalibravimo standartas: yra gilių griovių ir aštrių briaunų, naudojamas antgalio profiliui atkurti ir vaizdo konvoliucijos efektams, atsiradusiems dėl antgalio atbukimo ar užteršimo, nustatyti.
SHS serijos piramidinių žingsnių standartai (50–100 nm): naudojami įvertinti šoninę skiriamąją gebą ir zondo šoninių sienelių įtaką.
Naudojimo patarimas: standartinius mėginius reikia laikyti sausoje,{0}}nedulkėtoje aplinkoje; nelieskite paviršiaus, kad išvengtumėte įbrėžimų ar užteršimo.
II. Lazerinė ir fotodetektorinė sistema: leidžia tiksliai konvertuoti jėgos signalus
AFM aptinka konsolės įlinkį naudodamas lazerio atspindžio principą; Šią sistemą reikia tiksliai suderinti, kad būtų užtikrintas duomenų patikimumas.
Lazerinis skleidėjas: skleidžia fokusuotą spindulį į atspindinčią zondo konsolės sritį. Keturi-kvadrantinis fotodiodas (PSPD): priima atspindėtą šviesą ir paverčia nedidelius konsolės nukrypimus į elektrinius signalus.
Lazerio išlygiavimo mechanizmas: rankiniu būdu arba automatiškai reguliuoja lazerio padėtį, kad lazerio taškas būtų optimaliame konsolės gale.
Pagrindinė metrika: signalo intensyvumas turi būti sureguliuotas iki daugiau nei 80 % visos skalės, kad būtų išvengta signalo prisotinimo arba pernelyg mažo signalo -to{2}}triukšmo santykio (SNR).
III. Aplinkos kontrolės įrankiai: pašalinkite išorinius trukdžius
AFM yra labai jautrūs savo aplinkai ir norint išlaikyti stabilias veikimo sąlygas, reikalinga specializuota įranga.
Vibracijos izoliavimo lentelė: izoliuoja žemės virpesius, kad būtų užtikrintas vaizdo stabilumas atominiu{0}}lygmeniu.
Pastovios temperatūros ir drėgmės kamera (arba laboratorinė ŠVOK sistema): kontroliuoja temperatūrą 20–25 laipsnių ribose, o drėgmę – 40–60 %, kad sumažintų šiluminį dreifą ir drėgmės adsorbciją.
Elektromagnetinis ekranavimas: neleidžia išoriniams elektromagnetiniams laukams trukdyti gauti signalą.
Vieno{0}}taško įžeminimo sistema: išvengiama triukšmo, kurį sukelia įžeminimo kilpos.
Pastaba: vos 1 laipsnio temperatūros svyravimai gali sukelti didelį šiluminį poslinkį, o tai kenkia ilgo{1}}nuskaitymo tikslumui.
IV. Pagalbiniai įrankiai ir eksploatacinės medžiagos: eksploatavimo ir priežiūros palaikymas
|
Įrankio pavadinimas |
Funkcijos aprašymas |
|
Pincetai (ne{0}}magnetiniai) |
Naudojamas zondo montavimui; apsaugo nuo piršto prisilietimo prie konsolės, taip išvengiant užteršimo ar žalos. |
|
Etanolio tamponai / šluostės be pūkelių{0}} |
Naudojamas mėginio stadijai ir spaustukams valyti, kad dulkės netrukdytų nuskaityti. |
|
Azoto išpūtimas{0}}iš ginklo |
Naudojamas kietosioms dalelėms pašalinti nuo mėginio paviršiaus, kad nesusibraižytų zondo galiukas. |
|
Sandėliavimo konteineris (vakuuminis arba eksikatorius). |
Naudojamas standartiniams mėginiams ir atsarginiams zondams laikyti, kad būtų išvengta oksidacijos ir užteršimo. |
V. Kalibravimo programinė įranga ir algoritmai: parametrų skaičiavimas ir klaidų kompensavimas
Šiuolaikiniai AFM yra aprūpinti specializuota programine įranga, skirta automatizuoti kalibravimo procesą:
Jautrumo kalibravimo modulis: apskaičiuoja atvirkštinį optinio svirties jautrumą (InvOLS), remdamasis jėgos{0}}atstumo kreivėmis.
Skenerio netiesiškumo korekcijos algoritmas: sukuria X ir Y ašių pikselių{0}}atvaizdavimo koregavimo lentelę, pagrįstą standartinių kalibravimo pavyzdžių vaizdais.
Dekonvoliucijos algoritmas: pagal gautą vaizdą atkuria zondo galiuko formą, kad būtų koreguojamas vaizdo išsiplėtimas, kurį sukelia antgalio nusidėvėjimas (atsipūtimas). Poslinkio kompensavimo funkcija: pavyzdžio padėties pasikeitimų stebėjimas realiuoju laiku-, siekiant pagerinti ilgalaikį vaizdo stabilumą.
Standartų laikymasis: sistemingam kalibravimui rekomenduojame vadovautis ASTM E2546-18, „Standartinis atominių jėgų mikroskopo kalibravimo ir veikimo vadovas“.
