Материал: Корнилов В.М., Галиев А.Ф.. Основы сканирующей зондовой микроскопии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. АКМУЛЛЫ

ОСНОВЫ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Методические указания

Уфа 2011

УДК 264 ББК 455

К 25

Печатается по решению учебно-методического совета Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы

Корнилов В.М., Галиев А.Ф. Основы сканирующей зондовой микроскопии: мет. указания [Текст]. – Уфа: Изд-во БГПУ, 2011. – 24 с.

Цикл лабораторных работ «Основы сканирующей зондовой микроскопии» включает 6 работ, с применением современных методов исследования поверхности: туннельной и атомно-силовой микроскопии. В связи с необходимостью представления большого количества графических материалов, рекомендуется выполнять отчет в электронном виде по утвержденному кафедрой или лабораторией образцу. Работу №6 рекомендуется оформить в виде научной статьи, включающей следующие элементы: Название, Авторы, Организация, Контакты, Аннотация,

Постановка задачи, Экспериментальная часть, Результаты и их обсуждение, Выводы, Список литературы.

Рецензенты:

Н.Л. Асфандиаров, д.ф.-м.н., с.н.с., (ИФМК УНЦ РАН); Р.Г. Рахмеев, к.ф.-м.н., (БГПУ им. М. Акмуллы).

© Издательство БГПУ, 2011 © Авторы, 2011

2

Лабораторная работа №1

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДОВОГО МИКРОСКОПА

Цель работы

1)ознакомление с устройством и принципом работы сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ)

2)ознакомление с программой управления и обработки изображений СЗМ ScanMaster.

Оборудование: сканирующий зондовый мультимикроскоп СММ2000, оптический бинокулярный микроскоп МБС-10, персональный компьютер с программным обеспечением ScanMaster.

Описание экспериментальной установки: Сканирующий мультимикроскоп СММ2000-15Е (рис.1), ставится на столик оптического бинокулярного микроскопа МБС – 10. В свою очередь, эта система устанавливается на массивную гранитную плиту, для защиты от вибраций. Микроскоп СММ2000-15Е состоит из тяжёлого (1.2 кг) литого латунного тела – якоря со сложными пазами и четырьмя выступами, на котором собрана прецизионная кинематика микроскопа (рис. 2).

Рис. 1 Внешний вид микроскопа, установленного на гранитной плите.

3

В центре, внутри, к якорю прикреплён сканер, представляющий собой пъезотрубку с разделёнными X, Y и Z электродами и верхним фланцем, к которому прикручивается держатель с образцом. Сканер осуществляет перемещение образца относительно подающейся к поверхности образца зонду, в результате чего формируется кадр. Зонд укрепляется на специальном столике, который, в свою очередь устанавливается на «опорах» - шариках, вклеенных в верхние фланцы трёх пьезотрубок, стоящих на цилиндрическом «ползуне». Столики могут скользить по шарикам вбок на 3 мм в каждую сторону, т.к. имеют снизу полированные сапфировые пластинки.

Рис. 2 Вид СММ2000-15Е с установленным образцом без столика.

Передвигать столики вбок оператор может как вручную, так и точными шагами (0.1 – 2 мкм) от компьютера, подающего при этом на систему из трёх пьезотрубок управляющие напряжения. Передвигая столики, оператор, таким образом, ориентирует иглу СТМ на нужное место на образце, видя горизонтально лежащую поверхность образца и подводящуюся сбоку иглу в оптический микроскоп.

Элементы обработки СЗМ-изображений. При определении геометрических параметров объектов на полученных изображениях, можно воспользоваться командой «Measure ScanSection». Команда предназначена для построения и измерения параметров заданных пользователем сечений поверхности, изображаемой в активном 2D окне. Сечения задается с помощью задания отрезка прямой в плоскости изображения. При выполнении команды приложение переходит в режим

4

задания отрезка для построения сечения поверхности изображения; указатель мышки изменяет свой вид. Режим выключается при повторной выдаче команды Measure| Scan Section, а также при выдаче любой другой команды или при переходе в любое другое окно приложения.

С помощью мыши задается отрезок прямой, через который нужно провести секущую плоскость (левая кнопка нажимается на одном из концов отрезка, при нажатой кнопке мышка перемещается на второй конец отрезка, левая кнопка отпускается). После отпускания левой кнопки мышки информация о выбранном отрезке передается в окно измерения параметров профиля. В окне появляется профиль сечения поверхности изображения на заданном отрезке прямой и выводит информацию о параметрах сечения.

Процедуру выбора сечения (отрезка) можно повторять многократно, при этом содержание измерительного окна будет обновляться при каждом выборе.

Рис. 3. Окно построения сечения поверхности

Окно содержит график полученного в результате сечения профиль, на котором имеются два измерительных маркера (две вертикальных линии на графике). Положение маркеров можно изменять с помощью мыши. Координаты маркеров выводятся в подписях к осям графика. При определении диаметров объектов маркеры надо устанавливать по краям сечения объекта. Тогда, в скобках, внизу, отобразится искомое значение. (Для данного рисунка определен радиус углубления 275.0 нм). В скобках, слева, отображается глубина выбранного объекта (26.80 нм).\

Примечание. Описание всех функций обработки кадров (процентильная, медианная, матричная, конволюция, гауссовы и сдвиговые фильтры, междукадровая арифметика, сшивка кадров, спецфункции устранения наклона кадров и сбоев иглы, вычитания N- мерной функции подложки, вычленения мелких деталей и др.), а также всех видов анализа изображений (Фурье, полный морфологический, корреляционный, автокорреляционный, фрактальный, анализ параметров шероховатости, гистограмм высот и др.) – находится во встроенной контекстно-зависимой функции Help. Если необходима помощь в

5