압전 군대 현미경 검사법 - 공원 시스템에 의하여 압전 군대 현미경 검사법의 기초, 기계 사용 및 응용

커버되는 토픽

공원 시스템에 관하여
소개
PFM의 근본 원리
PFM 신호의 최적화

공원 시스템에 관하여

공원 시스템은 모든 연구 및 산업 (AFM) nanoscale 응용의 필수품을 처리하는 제품을 제공해 원자 군대 현미경 기술 지도자 입니다. 액체와 공기 환경에 있는 확실한 몸의 접촉이 없는 화상 진찰을 허용하는 유일한 스캐너 디자인으로, 모든 시스템은 혁신 적이고 및 강력한 선택권의 긴 명부로 완전하게 호환됩니다. 모든 시스템은 마음에 있는 디자인한 쉽 의 사용, 정확도 및 내구성이고, 궁극적인 자원을 meetiong를 고객에게 모든 현재와 미래 필요 제공합니다.

AFM 산업에 있는 오래된 병력을, 공원 시스템의 제품의 포괄적인 포트홀리로 자랑해서, 소프트웨어, 서비스 및 전문 기술은 우리의 고객에게 우리의 투입에 의해서만 일치합니다.

소개

이 응용 주는 압전 군대 현미경 검사법, 대조를 생성하기 위하여 물자의 압전 효과를 (PFM) 이용하는 새로운 스캐닝 탐사기 현미경 검사법 최빈값의 기초, 기계 사용 및 잠재력 응용을 제출합니다. 심상 질과 해결책을 향상하고, 인공물을 삭제하고 생성된 심상에서 정보 추출하기에서 관련시킨 각종 토픽은 토론됩니다. 더구나, 우리는 적용되는 전압의 밑에 물자의 압전 반응의 분석을 양이 많게 허용하는 분광학 최빈값의 짧은 소개를 포함했습니다.

PFM의 근본 원리

첫번째 날 스캐닝 탐사기에서 현미경 검사법은 현대 연구 국경, 새로운 최빈값에 소개되고 응용은 전례가 없는 속도로 나와, 나노미터 가늠자를 현지 물자 속성의 계속 증가하는 양상으로 보는 것을 이 다재다능한 공구가 허용하. 압전 군대 현미경 검사법은 (PFM) 각종 ferroelectric의 전기 기계 연결 특성에 제안할 수 있는 유일한 정보, 압전, 중합체 및 생물학 물자를 위한 증가 승인 최근 년을 그러나 얻은 그 같은 비발한 최빈값의 한개입니다.

PFM 작동에서는, 전도성 AFM 끝은 공부한 ferroelectric 또는 압전 물자의 표면과의 접촉으로 주어지고, 미리 설치한 전압은 견본 내의 외부 전기장을 설치하는 견본 표면과 AFM 끝 사이 적용됩니다. electrostriction 때문에, 또는 "그 같은 ferroelectric의 압전" 효력을 inversed 또는 압전 물자는 전기장에 따라, 견본 현지에 확장하거나 계약할 것입니다. 적용되는 전기장에 예를 들면 측정한 견본의 전기 도메인의 처음 분극이 견본 표면과 수직 이면, 그리고 병렬, 도메인은 수직 확장을 경험한 경우에. AFM 끝이 견본 표면과 접촉하여 이기 때문에, 그 같은 도메인 확장은 AFM 외팔보, 및 전기장을 적용하기 전에 상태와 비교된 증가한 편향도에 있는 결과를 위쪽으로 구부릴 것입니다. 처음 도메인 분극이 적용되는 전기장에 반대평행 경우에 이면 반대로, 도메인은 줄 공가 편향도 (숫자 1) 계약하고 차례차례로 귀착될 것입니다. 공가 편향도 변경 양은, 그 같은 상황에서 확장 양 또는 견본 전기 도메인의 수축과, 직접, 및 그러므로 적용되는 전기장에 비례 관련있습니다.

숫자 1. 공가 편향도 변경

적용되는 전압이 작은 AC 분대를 포함하는 경우에, 견본에서 inversed 압전 반응은 적용되는 AC 전압과 동일 주파수에 있는 견본 표면 진동 귀착될 것입니다. 케이스에서는 견본이 이상적인 압전 결정이다, 그것의 분극은 뒤에 오는 방정식에 의해 적용되는 기계적인 긴장 과 관련있을 것입니다:

Pi = dsijkjk

물자의ijk 계급 3 peizoelectric 텐서는 어느 d에서인지. 사각형 결정 구조를 가진 그 같은 물자를 위해, 이 압전 텐서는 뒤에 오는 양식으로 감소될 수 있습니다:

+

, 적용되는 AC 변조 전압 V의 밑에 = Vcos0 적용되는 전기장 (숫자 2)에 동쪽으로 향하게 한 반대평행경우에이면0 견본 도메인 분극이 적용되는 전기장과, 그리고 φ0 = 180°330에서 동쪽으로 향하게 한 평행한경우에(ωt)는, 견본 지상 진동 형식 ΔZ = 진동 진폭과 더불어 ΔZcos (ωt + φ), ΔZ = dV, 그리고 단계가 f = 0 걸리면 어떤 경우에는. 그 같은 진동은 표면을 접촉하는 AFM 탐사기의 진폭과 단계 신호에서 직접 반영되고, 점거 증폭기를 사용하여 소리내어 읽을 수 있습니다.

분극의 평행한 반대평행 오리엔테이션을 위한 숫자 2. 진동 진폭

전형적인 PFM 화상 진찰에서는, 적용되는 AC 전압은 견본 도메인 엇바꾸기를 위한 강제적인 편견 보다는 매우 더 낮기 위하여, 공부한 견본의 현지 영역 구조의 교대를 피하기 위하여 놓입니다. 그 같은 표준이 충족되는 경우에, PFM 화상 진찰에서 생성된 단계 대조는 이전 절에서 논의된대로 견본의 진폭 신호 현지 압전 계수의 크기에서 추출되는 수 있는 동안, 다른 견본 위치에 있는 도메인 극성을 반영할 것입니다. PZT-5H 견본에 숫자 3 쇼 장악되는 그 같은 PFM 진폭과 단계 심상의 그런 보기. 돈 부분 180°에서 관찰될 수 있다시피, 단계 대조는 PFM 단계 심상에 있는 2개의 인접한 도메인에서 분명하, 그(것)들 사이 구역벽은 PFM 진폭 심상에 있는 감소된 진폭으로 관찰될 수 있습니다. 둘 다 상승과 내려가는 동쪽으로 향하게 한 도메인 물자 속성이 공부한 견본에서 상대적으로 균질성 이다는 것을 표시하는 유사한 크기를 가진 PFM 진폭 신호를 유도했다 입니다 또한 주의될 수 있습니다.

PZT-5H 견본에 숫자 3. 장악되는 PFM 진폭과 단계 심상

더 복잡한 견본 도메인 오리엔테이션을 위해 AFM 끝과 접촉하여 표면과, 또한 지상 비행기 수직, 뿐만 아니라 분대 1개의 수직과 2개의 옆 채널 통신로를 가진 선그림 PFM 내의 다른 방향에 따라서 분대를 포함하는 것은 완전한 정보를 제공할 수 있습니다. 예를 들면, 사각형 압전 결정15 에 있는 압전 텐서의 d 분대를 장악하기 위하여, 우리는 에서 비행기 견본 표면 진지변환에 비례 AFM 끝 진동의 옆 분대를 측정할 필요가 있습니다 (DC 편견이 AC 전압 함께 끝과 견본 사이 적용되는 경우에0, 견본의 에서 비행기 그리고 또한 밖으로 의 비행기 전기 기계 반응0 둘 다150 형식을 취할 숫자 4) 의 형식을 ΔL = 진동 진폭과 더불어 ΔLcos (ωt + φ), ΔL = dV 고시입니다 이 적용되는 직류 전압의 기능 취할 것입니다.

숫자 4. 수직과 옆 PFM 진폭과 단계 심상

실제적인 케이스의 대부분에서는, 공부한 견본은 그것의 압전 텐서에 있는 비제로 옆 분대를 가진 무작위 동쪽으로 향하게 한 다결정 곡물 구조물을, 수시로 포함합니다. 이런 경우에, 검출한 수직 PFM 신호는 더 이상 d 및 d 분대33에 d, 또한 종에서만31 비례적15 없습니다. 예를들면, 수직 PFM 진폭은 ΔZ = dV 대신0 , 그것330 취할 것입니다 형식을 더 이상 없을 것입니다

ΔZ0 = dVZZ0 = [(d31 + d15) sinθcosθ2 + dcosθ332] V0

견본의 실험실 좌표계와 수정같은 좌표계 사이 현지 오리엔테이션 지도 (θ, φ, ψ)의 어느 θ에서 일부분인지. 역시, PFM 신호의 수직 그리고 2개의 옆 분대가 둘 다 견본 위치에, 장악되는 경우에 본질적인 견본 압전 불변의 것 d 또는ij 현지 오리엔테이션 지도 (θ, φ, ψ)는 그 같은 데이터에서 추출될 수 있습니다. 워드에서는, 3D PFM는 나노미터 가늠자에 공부한 견본의 분극 선그림의 완전한 3D 개조의 가능성을 열었습니다.

PFM의 일반적인 응용은 도메인 엇바꾸기 역동성의 상세한 도메인 지도로 나타내고는 및 연구 결과를 포함하여 물자의 전기 기계 속성의 현지 특성을, 포함합니다; 마이크로와 nano 전기 기계 장치 (예를들면, 압전 액추에이터, 변형기 및 MEMS), 전기 기계 인장과 같은 그들의 신뢰도 문제점 피로 및 절연성 고장을 언급하는 전기 광학 장치 및 비휘발성 기억 장치 분대 (i.e, FERAM 장치)의 테스트; 극성 및 비발한 중합체에 그밖 물자 속성 및 그 같은 물자, 등등의 상세한 nanoscale 구조상과 전기 특성에 근거를 두는 생물 설계된 물자 사이 현지와 글로벌 관계 탐구.

PFM 신호의 최적화

실제에서는, 측정한 PFM 신호는 수시로 현지기도 하고에서 추가 기여금을 포함합니다 견본에서 현지 전기 기계 반응 이외에 분배된 정전기힘, 견본에서 i.e, Aem = Aes + Anl +em A.A 의 전기 기계 반응은, A, 끝 표면 접속점에 작동하는 현지 정전기힘 및 A는 외팔보 사이es 필드 자체에서, 외팔보의 정전기 반응 유래하고는nl 견본 표면, 숫자 5에서 볼 수 있는 것처럼 그러나, 견본의 현지 영역 구조를인 화상 진찰 인공물을 피하기 위하여 극소화되는 필요 distractive 기간 반영하는 실제적인 기간입니다.

숫자 5. 지방 주민 Piezoresponse 대조

그러나, 주의깊게 전기 기계 반응의 다른 크기를 가진 견본을 위한 외팔보를 선택해서, 정전기 기간의 기여금은 극소화될 수 있습니다. 총 PFM 신호 Z = (d +eff LweΔV/048kh)2AC d가 측정eff 의 방향에 따라서 효과적인 압전 불변의 것인 V, L, w 및 k 길이이기 때문에, 폭은 및 불변의 것, h 측정에 사용된 외팔보의입니다 AFM 끝, ε의 고도 튀고0 ΔV는 공기의 절연성 불변의 것이고 이 신호에 실제적인 전기 기계 기여금의 백분율을 증가시키기 위하여 끝과 견본 사이에서, 각각 적용된, 평균 전압, 우리는 충분히 뻣뻣한 k >> k =eff 두번째 기간을 안으로 줄이는0 LweΔV/eff248dh) 외팔보를 선택해야 합니다 상기의 방정식.

PFM가 접촉 기지를 두기 화상 기술이기 때문에, 아주 뻣뻣한 외팔보를 사용하여 더 연약한 물자에 돌이킬 수 없는 견본 손상을 안으로, 또는 기질 표면에 확고하게 붙어 있지 않는 느슨하게 Si 웨이퍼 표면에 뿌려진 ZnO nanowire 견본과 같은 견본을 유도할 수 있었습니다. 그런 경우에, 짧고 좁은 기하학을 가진 외팔보를 선택하는 것은 또한 정전기 기간에서 기여금을 감소시키는 것을 도울 수 있었습니다. 추가적으로, 영 DC 편견에 PFM 심상을 장악하는 것은 매우 현지기도 하고 비로컬 정전기 기간의 기여금을, 감소시킬 것입니다.

마지막으로, PFM 신호에 기여하는 정전기 분대는 적용되는 AC 전압의 증가한 주파수, 및 비로컬 분대로 줄입니다 특히 단단 줄일 것입니다. 더구나, 더 높은 주파수에 화상 진찰은 끝과 견본 표면 사이 접촉을 향상하는 공가 경직 일반적으로 귀착될 것입니다. 그러므로, 더 높은 주파수에 장악된 PFM 심상은 일반적으로 정전기 기간에서 더 적은 기여금을 포함하고, 더 나은 잡음 대 신호 비율을 전시합니다. 최적 수직 PFM 신호는 MHz 명령의 주위에 주파수에서 옆 PFM 신호는 일반적으로 둘 다에 따라서 10 그리고 100개 kHz 사이 주파수에 최적, 이용되는 AFM 탐사기 및 imaged 견본 인 그러나, 장악될 수 있습니다. 그러나, 적용되는 AC 전압을 위한 주파수의 증가를 결국 명중할 것입니다 광검출기 및 점거 증폭기의 대역폭에 의해 설정된 상한계를 계속하십시오. 초고주파에, 아무 신호도 외팔보의 과감하게 증가된 뻣뻣함 transuded 때문이.

적합한 외팔보가 공부되는 견본을 위해 선택될 때, 껴울림 효과를 eletromechanical 분대, A에서 기여금을 증가하기 위하여 이용될 수 있고,em 향상합니다 PFM 화상 진찰의 질을 접촉하십시오. 실제로, 견본 표면과 접촉하여 AFM 끝을 PFM 최빈값에서 공부되는 가져오기 후에, 진동수 쓸기는 끝과 견본 사이에서 적용된 AC 전압을 위해 능력을 발휘할 수 있고, 진폭/단계는 대 주파수 행동 기록될 수 있습니다 (숫자 6). 진폭에서 대 주파수 도표 보인 울리는 첨단은 외팔보의 기계적 성질, 견본의 본질적인 electromchanical 속성, 및 끝 견본 접촉의 뻣뻣함에 의해 정의됩니다. 끝에 적용된 AC 전압이 그 같은 공명 주파수 부근에 작전되는 경우에, 울리는 첨단의 고품질 요인은 매우 관찰한 PFM 진폭 및 단계 신호 (숫자 7에 있는 잡음 대 신호 비율을 증가할 것입니다: 멀리 공명, 17kHz 의 낮은 신호 대 가까운 공명, 377kHz 의 높은 신호에서).

진폭에 있는 숫자 6. 울리는 첨단 대 주파수 도표

관찰된 PFM 진폭 및 단계 신호에 있는 숫자 7. 잡음 대 신호 비율

여분 주의는 그 같은 접촉 공명의 주파수가 끝과 견본 (숫자 8) 사이 접촉 지역에 의해 차례차례로 영향을 받는 끝 견본 접촉 뻣뻣함에 의해 영향을 받기 때문에 공명 증진을 사용할 때 PFM 심상 질을 증가하는 지형도 작성과 전기 기계 신호 사이 강한 누화를 피하기 위하여 기울일 필요가 있습니다. 예를 들면, 끝이 견본 표면의 concaved 지역과 접촉하여 일 때, 끝 견본 접촉 뻣뻣함은 끝이 견본 표면의 편평한 지역과 접촉하여 일 때 케이스에 비교를 증가할 것입니다. 이것은 차례차례로 접촉 공명 주파수를 올릴 것입니다. 끝이 편평한 지역과 접촉하여 일 때 끝에 적용된 AC 전압이 측정된 정확한 접촉 공명 주파수에 조정 경우에 이면, 관찰한 PFM 진폭에 있는 큰 투하는 새로운 접촉 공명이 이 특정 주파수에 더 이상 생기지 않기 때문에 생길 것입니다.

끝과 견본 사이 접촉 지역에 의해 영향을 받는 숫자 8. 공명

이 불안정성을 극소화하고 크게 신호의 지형도 작성 PFM 채널 통신로 사이에서 누화를 삭제해, AC 모는 신호의 주파수는 공명 부근에, 그러나 울리는 첨단 (숫자 9)에 정확하지 않게 가장 적절합니다.

울리는 숫자 9.: 360kHz 의 진폭 화상 진찰에 있는 topo PFM 신호의 누화; 공명의 가까이에: 377kHz, 좋은 신호 품질 및 거의 누화 없음

정전 효과 때문에 PFM 신호 증진을 위해 접촉 공명을 사용하기 위하여, 시도할 때 더 연약한 외팔보는 진동수 쓸기 도표 수 있습니다 (숫자 10)는, 및 모든 첨단 아닙니다에 있는 다중 첨단을 보여줄 안정되어 있는 PFM 신호를 생성할 것입니다. 그 같은 연약한 외팔보가 공부될 특정 견본을 위해 필요한 경우에 (Si 기질에 뿌려진 예를들면, ZnO 철사는 아주 뻣뻣한 외팔보를 사용하여 PFM 최빈값에서 검사하는으로 긁히고 또는 파견될 수 있습니다), 제출한 첨단의 각각은 분명히 제공하는 것까지, 안정되어 있는 PFM 신호 있습니다 개별적으로 시험될 수 있습니다. 대부분의 경우에, 2 시간이 스펙트럼을 안정시키고 어떤 비 본질적인 첨단든지 삭제하는 것을 도울 수 있는 진동수 쓸기를 반복하십시오.

숫자 10.는 진동수 쓸기 도표에서 뾰족해집니다

근원: 공원 시스템

이 근원에 추가 정보를 위해 공원 시스템을 방문하십시오

Date Added: May 5, 2010 | Updated: Sep 20, 2013

Last Update: 20. September 2013 06:25

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