Способ сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа



Способ сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа
Способ сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа

 


Владельцы патента RU 2538416:

Государственное научное учреждение "Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси" (BY)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа, и может быть использовано для определения изменения рельефа, линейных размеров и физических характеристик поверхности объекта при пропускании электрического тока. Согласно способу сканирования перед установкой объекта на пьезосканере его поверхность предварительно разделяют, по меньшей мере, на две части, пропускают электрический ток, по меньшей мере, через одну часть поверхности, затем сканируют одновременно часть без пропускания электрического тока и часть с пропусканием электрического тока. Технический результат - повышение эффективности сканирования без использования специальных токопроводящих зондов. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа, и может быть использовано в сканирующей зондовой микроскопии для определения изменения рельефа, линейных размеров и физических характеристик поверхности объекта при пропускании электрического тока в режимах атомно-силового микроскопа, сканирующего туннельного и ближнепольного оптического микроскопа.

Известен пьезосканер многофункциональный и способ сканирования в зондовой микроскопии [1], согласно которому пьезосканер выполнен в виде пьезотрубки с выполненными вдоль ее продольной оси симметрии четырьмя сквозными пазами, которые образуют первый и второй противоположные фрагменты, а также расположенные между ними третий и четвертый противоположные фрагменты пьезотрубки, на наружной и внутренней поверхностях фрагментов сформированны электроды; способ сканирования включает одновременную подачу первого и второго основных пилообразных напряжений на прямо объединенные основные электроды первого и второго противоположных фрагментов, осуществление их синхронных С-образных изгибов по первой координате и строчную развертку, одновременное пошаговое увеличение первого и второго основных постоянных напряжений на прямо объединенных основных электродах третьего и четверного фрагментов после каждой подачи первого и второго основных пилообразных напряжений и осуществление их синхронных С-образных изгибов по второй координате с пошаговым смещением на следующую строку, причем электроды объединяют программно, одновременно с подачей первого и второго основных пилообразных напряжений на прямо объединенные основные электроды первого и второго фрагментов и осуществлением их синхронных С-образных изгибов по первой координате на перекрестно объединенные основные электроды третьего и четвертого фрагментов подают третье и четвертое основные пилообразные напряжения и осуществляют С-образные изгибы третьего и четвертого фрагментов по первой координате синхронно с С-образными изгибами первого и второго фрагментов. Реализация на практике указанного способа сканирования позволяет увеличить диапазон сканирования, выполнять коррекцию плоскости держателя объекта в процессе сканирования. Однако существенным недостатком способа сканирования является необходимость использования специального разрезного пьезосканера и применение достаточно сложной схемы управления работой пьезосканера в виде пьезотрубки.

Также известен способ измерения рельефа поверхности объекта с использованием сканирующего зондового микроскопа [2], включающий первое сканирование поверхности объекта с регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом, второе сканирование поверхности объекта в обратном направлении с регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом, вычитание из сигнала вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в прямом направлении, сигнала вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в обратном направлении, вычитание из сигнала взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированного при сканировании в прямом направлении, сигнала взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированного при сканировании в обратном направлении, определение коэффициента, на который нужно умножить разность сигналов вертикальных перемещений сканера, чтобы при ее последующем сложении с разностью сигналов взаимодействия зонда с объектом получить максимально близкую к постоянной величину, умножение на найденный коэффициент сигнала вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в одном из направлений, и суммирование его с сигналом взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированным при сканировании в том же направлении, после чего суммарный сигнал используют в качестве сигнала рельефа поверхности исследуемого объекта. Способ обеспечивает повышение точности измерений, однако имеет низкую производительность сканирования, обусловленную необходимостью двойного сканирования поверхности объекта.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ сканирования объектов (поверхности объекта) с помощью сканирующего зондового микроскопа [3], согласно которому объект устанавливают на пьезосканере, зонд располагают над исследуемой поверхностью объекта и сближают с ней, пьезосканером осуществляют сканирование поверхности объекта и с использованием системы регистрации измеряют полезный сигнал, являющийся функцией взаимного положения зонда и поверхности объекта. Для повышения производительности сканирования поверхности объекта объект устанавливают на первом пьезосканере, зонд закрепляют на втором пьезосканере, а сканирование производят двумя пьезосканерами в противофазе по каждой из координат сканирования. Применение способа также позволяет увеличить поля сканирования и высоту измеряемого рельефа поверхности объекта. Существенным недостатком известного способа является необходимость использования специальных токопроводящих зондов для измерения свойств объекта при пропускании электрического тока, а также пропускание электрического тока по схеме зонд-образец.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности сканирования на сканирующем зондовом микроскопе.

Задача решается следующим образом. В известном способе сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа, в котором объект устанавливают на пьезосканере, зонд располагают над исследуемой поверхностью объекта и сближают их, пьезосканером осуществляют сканирование и с использованием системы регистрации измеряют полезный сигнал, являющийся функцией взаимного положения зонда и поверхности объекта, согласно предлагаемому изобретению перед установкой объекта на пьезосканере его поверхность разделяют, по меньшей мере, на две части, после сближения зонда с разделенной на части поверхностью объекта пропускают электрический ток, по меньшей мере, через одну часть поверхности, затем сканируют одновременно часть без пропускания электрического тока и часть с пропусканием электрического тока.

Разделение поверхности объекта на части обеспечивает возможность совместного одновременного сканирования частей, находящихся в различных условиях - одной части без пропускания электрического тока, а другой части с пропусканием электрического тока. Причем операция разделения поверхности объекта на части может быть выполнена, например, методом травления, царапанием, наклеиванием полосок на основание объекта перед нанесением покрытия. Пропускание электрического тока непосредственно через материал объекта, а не по схеме зонд-образец, позволяет разгрузить зонд, который является частью измерительного канала сканирующего зондового микроскопа от дополнительно электрического воздействия и продлить его срок эксплуатации. Кроме того, стандартные зонды, выполненные без токопроводящих покрытий, являются более острыми и дают лучшее разрешение поверхности объекта при сканировании на сканирующем зондовом микроскопе, что позволяет лучше регистрировать незначительные изменения материала поверхности объекта, связанные с пропусканием электрического тока. При этом наилучший результат обеспечивается при сканировании, когда направление сканирования преимущественно перпендикулярно линии раздела тонкой пленки поверхности объекта на части, так как за один проход зонда по линии сканирования регистрируется информация с различных частей тонкой пленки. Одновременное сканирование различных участков тонкой пленки позволяет обеспечить одинаковые условия проведения изменений для различных участков поверхности объекта за счет минимизации влияния процессов термодрейфа деталей и узлов сканирующего зондового микроскопа, гистерезиса пьезосканера и изменения остроты зонда в процессе сканирования поверхности объекта. Дополнительно это позволяет регистрировать и достоверно различать незначительные изменения структуры поверхности объекта, которые могут быть соизмеримы с уровнем шума, например, при использовании раздельного сканирования для различных частей поверхности объекта. Кроме того, направление сканирования, выполняемое перпендикулярно линии раздела тонкой пленки на части, обеспечивает регистрацию данных с прямоугольных площадей различных частей тонкой пленки, что значительно упрощает дальнейший сравнительный анализ полученных при сканировании данных.

На Фиг.1 показано изображение поперечного сечения объекта сканирования в виде основания 1 и поверхности тонкой пленки, разделенной на части 2, 3 и 4, для пропускания электрического тока, по меньшей мере, через одну из них.

На Фиг.2 показано изображение, вид сверху, поверхности тонкой пленки с образованными частями 1, 2, 3, через часть 1 пленки пропускают ток I1, через часть 2 ток не пропускают, через часть 3 пропускают ток I2, пунктирной линией 4 показана область сканирования поверхности объекта, а линией 5 - направление сканирования поверхности объекта.

Способ осуществляют следующим образом. Перед установкой объекта на предметный столик пьезосканера поверхность объекта разделяют посредством царапания поверхности объекта зондом сканирующего зондового микроскопа, по меньшей мере, на две части. Далее объект устанавливают на предметный столик пьезосканера сканирующего зондового микроскопа таким образом, чтобы линии сканирования зонда при сканировании поверхности объекта выполнялись преимущественно перпендикулярно линии, разделяющей поверхность объекта на части. После этого, по меньшей мере, через одну часть объекта пропускают электрический ток от источника питания. Затем стандартный кремниевый зонд располагают над исследуемой поверхностью объекта и сближают с поверхностью объекта, например шаговыми двигателями и/или пьезосканером сканирующего зондового микроскопа. Пьезосканером осуществляют одновременное сканирование части без пропускания электрического тока и части с пропусканием электрического тока посредством выполнения заданного числа линий сканирования зондом сканирующего зондового микроскопа, и с использованием лазерной системы регистрации измеряют полезный сигнал, являющийся функцией взаимного положения зонда и поверхности объекта. Далее результаты измерений сохраняют в виде массива данных, проводят обработку и анализ полученных результатов.

Таким образом, предлагаемый способ повышает эффективность сканирования на сканирующем зондовом микроскопе без использования специальных токопроводящих зондов.

Источники информации

1. Патент РФ №2248628, G12B 21/20, H01L 41/00, 2005.

2. Патент РФ №2329465, G01B 7/34, G12B 21/00, 2008.

3. Патент РФ №2282902, G12B 21/00, G12B 21/20, 2006 (прототип).

Способ сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа, заключающийся в том, что объект устанавливают на пьезосканере, зонд располагают над исследуемой поверхностью объекта и сближают их, пьезосканером осуществляют сканирование и с использованием системы регистрации измеряют полезный сигнал, являющийся функцией взаимного положения зонда и поверхности объекта, отличающийся тем, что перед установкой объекта на пьезосканере его поверхность разделяют, по меньшей мере, на две части, после сближения зонда с разделенной на части поверхностью объекта пропускают электрический ток, по меньшей мере, через одну часть поверхности, затем сканируют одновременно часть без пропускания электрического тока и часть с пропусканием электрического тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии. Микроскоп с устройством включает платформу (1), держатель образца (2) с образцом (3), установленные на сканирующем устройстве (4), сопряженном с платформой (1), блок сближения (5), систему регистрации (6), состоящую из источника излучения (7) и фотоприемника (8), многозондовый датчик контурного типа (9), содержащий основание (10) с гибкими консолями (15), остриями (16, 17) и первый установочный модуль (18), закрепленный посредством второго установочного модуля (19) на захвате (20), сопряженном с приводом вращения (21), соединенным с платформой (1), а также блок управления (30) и модуль ориентации по углу (25), сопряженный с захватом (20).

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и профилометрии, и может быть использовано для калибровки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в плоскости.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и профилометрии и может быть использовано для калибровки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в трех измерениях.

Система оптического зонда имеет зонд с оптической направляющей (G) с дистальным концом. Оптическая направляющая (G) устанавливается в корпусе (H), так чтобы дистальный конец мог перемещаться относительно корпуса (H).

Изобретение относится к области прецизионной наноэлектроники. Способ контролируемого роста квантовых точек (КТ) из коллоидного золота в системе совмещенного АСМ/СТМ заключается в выращивании КТ при отрицательном приложенном напряжении между иглой кантилевера совмещенного АСМ/СТМ и проводящей подложкой, причем в процессе роста КТ периодически переключают полярность внешнего напряжения с отрицательной на положительную и фиксируют единичный пик на туннельной ВАХ при определенном значении приложенного напряжения из диапазона значений от 1 до 5 В.

Сканирующий зондовый микроскоп включает в себя первый и второй зонды для сканирования образца при поддержании расстояния до поверхности образца, кварцевые резонаторы, удерживающие каждый из первого и второго зондов, и модулирующий генератор для обеспечения вибрации определенной частоты первого зонда, которая отличается от резонансной частоты каждого кварцевого резонатора.

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для замкнутого цикла производства и измерения новых изделий наноэлектроники. Нанотехнологический комплекс включает робот-раздатчик с возможностью осевого вращения, сопряженный с камерой загрузки образцов и модулем локального воздействия, а также измерительный модуль, включающий сканирующий зондовый микроскоп, аналитическую камеру, монохроматор и источник рентгена.

Изобретение относится к методам металлографического анализа образцов стали и определения трехмерной топографии поверхности и ее структуры при помощи сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ).

Изобретение относится к исследованиям материалов с помощью атомно-силового микроскопа и может быть использовано при исследовании различных материалов в деформированных состояниях.

Изобретение относится к области калибровки оптических цифровых и конфокальных микроскопов, растровых электронных микроскопов и сканирующих зондовых микроскопов при измерении микронных и нанометровых длин отрезков.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой зонд на основе полевого транзистора с наноразмерным каналом и может быть использовано при определении физико-химических и электрических параметров наноразмерных объектов физической, химической и биологической природы. Зонд включает наноразмерный чувствительный элемент, размещенный на острие и образующий канал транзистора, электроды, размещенные по одну сторону от острия, связанные с чувствительным элементом и выполняющие функции стока и истока транзистора. Чувствительный элемент выполнен в тонкопленочной структуре кремний-на-изоляторе, образованной на подложке. Слой кремния имеет градиентно изменяющуюся концентрацию легирующей примеси и выполнен так, что со стороны свободной поверхности, по меньшей мере на половине толщины, обладает металлической, а на оставшейся толщине до слоя изолятора - полупроводниковой проводимостью. Электроды выполнены на упомянутой свободной поверхности, разделены зазором и имеют сужающуюся к острию площадь, а чувствительный элемент представляет собой размещенный между электродами фрагмент слоя кремния, имеющего полупроводниковую проводимость, образованный путем удаления части кремния, имеющего металлическую проводимость. Техническим результатом является улучшение пространственного разрешения зонда при сохранении чувствительности и упрощении технологии изготовления. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур. Сущность изобретения заключается в том, что кантилевер соединен с электропроводящей зондирующей иглой, вершина которой продета через сферу, выполненную из стекла со сквозными нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Сфера покрыта защитным полимерным слоем, прозрачным для длины внешнего электромагнитного источника излучения и длины волны, генерируемой квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением характеристик электрического сигнала на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки, что позволяет осуществить оптоэлектрические исследования наноразмерных структур материалов и биологических объектов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур. Сущность изобретения заключается в том, что кантилевер соединен с зондирующей иглой, вершина которой соединена со сферой, выполненной из стекла с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным полимерным слоем, прозрачным для длины внешнего электромагнитного источника излучения и длины волны со стоксовым сдвигом, генерируемой квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано для исследования образцов, например биоматериалов и изделий медицинского назначения, методами сканирующей зондовой микроскопии, включая исследование внутренних пор зондом сканирующего зондового микроскопа (СЗМ). Для исследования трехмерных структур выполняют срез образца трехмерной структуры ножом и исследование срезанной поверхности зондом с чувствительным элементом СЗМ, после чего исследуют внутренние зоны трехмерной структуры. Затем, в соответствии с результатами этого исследования, осуществляют дополнительный срез трехмерной структуры и проводят дополнительное исследование поверхности трехмерной структуры и ее внутренних зон чувствительным элементом зонда СЗМ. Технический результат - повышение информативности исследования трехмерных структур. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к металлическому наконечнику для использования в сканирующем зондовом микроскопе, а также к способу его изготовления. Наконечник (1) имеет осевую протяженность (l), радиальную протяженность (d), заостренную часть (В), которая проходит в осевом направлении от части с максимальной осевой протяженностью (5) к атомарно острому концу (9), и тупую часть (А), которая проходит в осевом направлении от части с максимальной осевой протяженностью (5) к тупому концу (7). Осевая протяженность заостренной части (В) больше, чем у тупой части (А). Металлический наконечник (1) имеет массу 10 микрограмм или менее. Технический результат - повышение добротности зондового датчика. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области формирования в цифровом виде образного изображения поверхности нанообъекта в сканирующем туннельном микроскопе. Под образным изображением нанообъекта понимается его топография, отличающаяся от истинной, но сохраняющая отличительные признаки. Способ формирования образного изображения поверхности нанообъекта в сканирующем туннельном микроскопе заключается в том, что поверхность исследуемого вещества сканируют металлической иглой в режиме постоянного тока, для чего в каждой точке сканирования производят вертикальное перемещение иглы относительно исследуемой поверхности так, чтобы туннельный ток в каждой точке сканирования равнялся величине туннельного тока в первой точке сканирования. Данные о микроструктуре поверхности исследуемого вещества получают, регистрируя перемещение иглы. Из экспериментальной топографии поверхности с нанообъектами на подложке вычитают плоскость, параллельную поверхности подложки, которая выше исходных шероховатостей подложки, но ниже поперечного радиуса нанообъекта. Полученное изображение нанообъекта масштабируют путем умножения на коэффициент больше единицы. Технический результат - повышение избирательного разрешения и производительности метода сканирующей туннельной микроскопии нанообъектов, например, полимерных молекул, возможность использовать способ для определения их фрагментарной последовательности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для проведения измерений объектов при постоянном контроле внешних условий. Многофункциональный анализатор содержит установочную платформу, сопряженную с держателем объекта средствами соединения и включающую активный модуль с первым активным элементом, выполненным в виде сканирующего зондового микроскопа, и вторым активным элементом, в качестве которого используют датчик измерения уровня вибрации измеряемого объекта. Технический результат - обеспечение оптимальных условий финишных измерений. 4 ил.

Изобретение относится к области техники зондовой микроскопии. Атомно-силовой сканирующий зондовый микроскоп (АСМ) содержит кантилевер, иглу кантилевера, систему обнаружения и регистрации отклонения кантилевера, включающую лазер, отражательную поверхность кантилевера и 4-секционный фотодиод с входным усилителем, систему 3-D позиционирования образца, контроллер АСМ для обработки результатов измерения, а также устройство для генерации квазичастиц, устройство для приема квазичастиц, отраженных от поверхности исследуемого образца, и дополнительный контроллер для построения карты отражающей способности поверхности. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности изучения динамики поведения квазичастиц на поверхности с нанометровым разрешением. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на зонды для атомно-силовой микроскопии (АСМ). Способ включает нанесение покрытия по меньшей мере на один АСМ-зонд посредством источника ионных кластеров. Нанесение покрытия осуществляют материалом в форме сферических наночастиц контролируемого размера. Технический результат - улучшение геометрических свойств зонда, уменьшение исходного радиуса кривизны острия зонда. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области техники зондовой спектроскопии, которая занимается разработкой устройств и методов для исследования спектров поверхности с нанометровым разрешением. Согласно способу измерения энергетических спектров квазичастиц в конденсированной среде, возбуждают квазичастицы с нужными свойствами, производят распространение, отражение, повторное распространение отраженных квазичастиц, регистрацию отраженных квазичастиц, обработку полученной информации и восстановление спектра квазичастиц в исследуемом образце. Распространение и повторное распространение отраженных квазичастиц происходит вдоль иглы кантилевера. Отражение квазичастиц производится от границы раздела острие иглы кантилевера/поверхность образца, при этом затухание потока квазичастиц в игле кантилевера учитывается расчетом. Технические результаты - упрощение настройки, повышение стабильности работы, уменьшение искажений. 1 ил.
Наверх