Grondbeginselen van de Wijze van het Contact en de AtoomMicroscopie van de Kracht TappingMode

Door AZoNano

Inhoudstafel

Inleiding
De Wijze AFM van het Contact
TappingMode AFM
Ongeveer Bruker

Inleiding

De Atoomdie krachtmicroscopie (AFM) is een techniek wordt gebruikt om oppervlakten bij uiterst hoge resolutie te kenmerken. Een scherpe sonde wordt in dichte nabijheid met de te analyseren steekproef gebracht. De Sonde en de steekproef worden dan bewogen met betrekking tot elkaar in een roosterpatroon, en een hoeveelheid wordt gemeten op een periodieke manier bij discrete plaatsen (pixel). Figuur 1 toont een schema van een sonde in een systeem AFM.

Figuur 1. Schema van cantilever-uiteinde de assemblage in een AFM wordt gebruikt die.

De interactie tussen het uiteinde en de steekproefoppervlakte worden gemeten door de verplaatsing van het vrije eind van de cantilever in bijlage te controleren. Er zijn verscheidene regelingen om dit te verwezenlijken. Het vaste eind van de cantilever kan opgezette of statisch of op kleine actuator zijn om dynamische weergavewijzen toe te laten. De cantilever/de sonde maken deel uit van gewijzigde klassieke closed-loop terugkoppelt systeem tijdens zijn verrichting (zie figuur 2).

Figuur 2. Het diagram van het Blok van koppelt lijn terug die de interactiekracht in een AFM controleren.

Is wordt gemeten uiteinde-steekproef de interactie door de sensor van de cantileververplaatsing de externe storing die. De omvang wordt bepaald door de gebruikersinput, de setpointwaarde. In conventionele AFM vertegenwoordigt setpoint de weergavekracht. Gewenst wordt setpoint gerealiseerd door het resulterende foutensignaal (of verschil te verwerken tussen setpoint en de daadwerkelijke waarde) door een evenredig-integraal-verschil (PID) terugkoppelt controlemechanisme dat z-piezo drijft om het foutensignaal te minimaliseren.

De Wijze AFM van het Contact

De wijze van het Contact is niet alleen de gemakkelijkste wijze AFM maar ook de fundamentele basis van extra wijzen als Wijze van de Capacitieve Weerstand van het Aftasten te begrijpen (SCM), Wijze van de Weerstand van het Aftasten de Uitspreidende (SSRM), enz. Een typische cantilever AFM wordt getoond in figuur 3.

Figuur 3. Afbuiging van een cantilever door uiteinde-steekproef krachten wordt veroorzaakt die

De kleine (hoekige) beweging van de hefboom wordt algemeen gemeten door een laserstraal die van de cantilever wordt weerspiegeld en op een gespleten fotodetector, zoals aangetoond in figuur 4 geleid.

Figuur 4. Schema van lichtbron, cantilever, en fotodetector die de basiscomponenten van het systeem van de licht-hefboomAFM opsporing opnieuw samenbrengen.

Is de kracht-afstand kromme een basisverrichting AFM om contactwijze te verklaren. Een schema van een krachtkromme wordt afgeschilderd in figuur 5.

Figuur 5. De afstandskromme van de Kracht. De (rode) benadering en trekt (blauwe) krommen terug wordt getoond op het recht. Merk op dat de totale contactkracht van de adhesie evenals de toegepaste lading afhankelijk is.

De krommen van de Kracht in zich openbaren een verscheidenheid van steekproefeigenschappen, zoals adhesie en naleving. De kracht-volume weergavewijze is gebaseerd bij de pixel-door-pixel analyse van krachtkrommen. Maar het wordt niet gebruikt vaak wegens zijn langzame snelheid. Algemeen het meest gebruikt van krachtkrommen is in combinatie met om het even welke vormen van weergave SPM op een „punt-en-spruit“ manier.

Het Houden van de setpointconstante terwijl de rooster het uiteinde en de steekproef met betrekking tot elkaar aftast wordt, de weergave van de contactwijze uitgevoerd. Het nadeel is hier de zijdiekracht op de steekproef wordt uitgeoefend kan vrij hoog zijn. Dit kan in steekproefschade of de beweging van voorwerpen vrij los in bijlage resulteren. Een oplossing voor dat probleem was de cantilever tijdens weergave te oscilleren, die tot Weergave TappingMode leidde.

TappingMode AFM

Het probleem om hoog-zijkrachten tussen de cantilever en oppervlakte de zeer hoge zijresolutie te hebben kan door het hebben van de uiteindeaanraking worden opgelost de oppervlakte slechts voor een korte tijd, waarbij de kwestie van zijkrachten en belemmering over de oppervlakte wordt vermeden. Deze wijze werd vandaar bedoeld als TappingMode AFM.

Een typische reactiekromme van een cantilever wordt getoond in figuur 6. De Typische verrichting TappingMode wordt uitgevoerd gebruikend de opsporing van de omvangmodulatie met een slot-binnen versterker.

Figuur 6. De kromme van de Resonantie van een cantilever TappingMode boven en dicht bij de oppervlakte. Merk op dat de resonantie naar lagere frequenties en tentoongestelde voorwerpen een daling in omvang verplaatst.

De Directe kracht wordt niet gemeten in TappingMode. De kromme in figuur 7 wordt getoond wordt geconstrueerd door de walgelijke en lange-afstands aantrekkingskracht die op korte termijn toe te voegen.

Figuur 7. De kromme die van de Kracht de motie van een oscillerende cantilever in TappingMode benadrukt.

De krachtkromme of de directe krachten tussen het uiteinde en de steekproef worden niet echt gemeten door TappingMode AFM terwijl het ervaren van de interactie. TappingMode AFM oscilleert afwisselend op deze kromme, die zonder het zijn in directe controle van de kracht en slechts een gemiddelde reactie van vele interactie op elkaar inwerkt hoewel de slot-binnen versterker wordt gemeld.

De vermindering van cantileveromvang kan worden gemeten wanneer het uiteinde en de steekproef elkaar benaderen. Hoewel dit niet schadelijk is, beperkt het de informatie voorbij steekproeftopografie die kan ondubbelzinnig aan een bepaald steekproefbezit worden bereikt en worden toegewezen.

Inherent onstabiel koppelt situatie in verrichting TappingMode terug maakt het moeilijk om enkele aftastenaanpassingen te automatiseren. De Krachten kunnen variëren wanneer het gaan vanaf een evenwichtstoestandsituatie. Hoger de uiteindeomvang, hoger de energie in de hefboom en in de weergavekrachten die wordt opgeslagen. De Afwijking toe te schrijven aan temperatuurveranderingen en/of vloeibare niveausverandering beïnvloedt de verrichting in vloeistoffen.

Het is essentieel om aan te passen terugkoppelt systeem om betrouwbare informatie van AFM te bereiken. Een aftasten van de contactwijze kan gemakkelijker worden gecontroleerd dan een aftasten TappingMode aangezien TappingMode complex oscillerend systeem heeft.

Terwijl de afgelopen pogingen zijn gemaakt om weergaveparameters in TappingMode automatisch aan te passen, is er geen andere bewezen methode voor de brede die waaier van steekproeven algemeen met AFMs worden bestudeerd omdat TappingMode bij cantilever resonerende frequentie werkt, waar de cantileverdynamica vrij ingewikkeld is.

De het onttrekken dynamica hangt sterk van de steekproefeigenschappen af. De schommeling van de Terugkoppeling voor het harde deel van de steekproef kan ook door goed-gestemd worden veroorzaakt terugkoppelt lijn van het zachte deel van de steekproef aangezien de optimalisering van de parameters voor elk deel van de steekproef zeer moeilijk is. Voorts verhindert de oude constante (milliseconden) van de cantileverresonantie ook onmiddellijke optimalisering op elk weergavepunt. De directe krachtcontrole van de weergave van de contactwijze en de zo toegevoegde beschikbare informatie worden verloren in TappingMode. TappingMode, echter, biedt het onbetwistbare voordeel van zijkracht vrije weergave aan, die tot het de dominante weergavewijze in tot op heden AFM heeft gemaakt.

Ongeveer Bruker

Verstrekt Nano Oppervlakten van Bruker de Atoomproducten van de Kracht van de Microscoop/van de Microscoop van de Sonde van het Aftasten (AFM/SPM) die van andere in de handel verkrijgbare systemen voor hun robuuste ontwerp en handigheid, terwijl het handhaven van de hoogste resolutie duidelijk uitkomen. NANOS die hoofd meet, dat deel al onze instrumenten uitmaakt, wendt een unieke vezeloptische interferometer voor het meten van de cantileverafbuiging aan, die de opstelling zo compact maakt dat het neen groter is dan een standaarddoelstelling van de onderzoekmicroscoop.

Deze informatie is afkomstig geweest, herzien en die van materialen door Bruker Nano Oppervlakten aangepast worden verstrekt.

Voor meer informatie over deze bron, te bezoeken gelieve Nano Oppervlakten Bruker.

Date Added: May 18, 2012 | Updated: Jan 23, 2014

Last Update: 23. January 2014 11:07

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit