Mikroskopia sił atomowych z sondą aktywną z układami wspornikowymi Quattro-Parallel do wysokowydajnej kontroli próbek na dużą skalę

Mikroskopia z sondą skaningową oparta na nowatorskich sondach systemu mikroelektromechanicznego nazywana jest aktywnymi wspornikami. Wsporniki ze zintegrowanym uruchamianiem i wykrywaniem mają kilka zalet w porównaniu z wspornikami pasywnymi, które opierają się na wzbudzeniu piezoelektrycznym i pomiarze odchylenia wiązki optycznej. Najnowszym osiągnięciem w tej dziedzinie jest realizacja układów aktywnych wsporników do wysokoprzepustowego równoległego obrazowania SPM.

Układy aktywnych wsporników wykorzystują zintegrowane czujniki piezorezystancyjne, aby zapewnić czułość porównywalną z metodami odczytu optycznego bez ograniczeń dyfrakcji, aby umożliwić mniejsze, bardziej miękkie i bardziej kompaktowe sondy AFM. Wyniki tej techniki utorowały drogę do eksploatacji i budowy wysokoprzepustowych mikroskopów sił atomowych wykorzystujących szybką wielokanałową elektronikę. Postępy w tej technice mogą w przyszłości ułatwić szybszą i bardziej niezawodną pracę masowo równoległych aktywnych systemów wspornikowych.

Zacznij od uruchomienia oprogramowania AFM i załadowania próbki podłoża na płytce do systemu AFM. Upewnij się, że dolna powierzchnia stykająca się z próbką jest równoległa do górnej powierzchni. Aby zlokalizować obszar zainteresowania, upewnij się, że dostroiłeś sample stage przed dostosowaniem w zwykłej pozycji XY.

za pomocą mikrometru na stoliku AFM. Następnie zamontuj i zabezpiecz zestaw sond wspornikowych AFM na uchwycie sondy. Wykonaj przemiatanie częstotliwości, aby automatycznie zidentyfikować częstotliwość rezonansową każdego wspornika do obrazowania.

Wybierz względne położenie szyku wspornikowego w pierwszym obszarze zainteresowania, który ma zostać zobrazowany. Następnie ustal współrzędną globalną, klikając przycisk zera XYZ przed zamknięciem i uszczelnieniem osłony akustycznej. Rozpocznij obrazowanie topografii i dostrajanie parametrów, wybierając kartę ustawień parametrów obrazowania.

Wprowadź współrzędne lewego górnego rogu przed zeskanowaniem rozmiaru w celu uzyskania pojedynczego obrazu panoramicznego. Następnie wprowadź żądaną rozdzielczość w zwykłych pikselach i użyj domyślnej zalecanej przez oprogramowanie prędkości skanowania linii do obrazowania. Do pracy w trybie gwintowania należy użyć domyślnej amplitudy napędu gwintownika, częstotliwości i wartości zadanej w oprogramowaniu uzyskanej na podstawie charakterystyki wspornika.

Następnie pozwól systemowi automatycznie zetknąć się z próbką i sondą. Dostosuj parametry regulatora pochodnej całkowej proporcjonalnej dla każdego wspornika, na podstawie zeskanowanej ścieżki na obraz, przed zapisaniem danych i wyjęciem sondy. Aby zweryfikować rozdzielczość przestrzenną aktywnej matrycy wspornikowej, wykonano obrazy o wysokiej rozdzielczości wysoce zorientowanego grafitu pirolitycznego z małym zakresem obrazu w trybie zwykłym 5 na 5 mikrometrów i 10 28 na 10 28 pikseli.

Skuteczność AFM przy użyciu równoległych aktywnych wsporników została zademonstrowana poprzez uchwycenie zszytych obrazów kalibracyjnej profilacji, z czterema wspornikami pracującymi równolegle. Skanowanie AFM ujawniło, że struktura kalibracyjna płytki krzemowej miała cechy o długości 45 mikrometrów i wysokości 14 nanometrów. Każdy wspornik zajmował obszar o wymiarach 125 na 125 mikrometrów, co dawało zszyty obraz panoramiczny o wymiarach 500 na 125 mikrometrów.

Obrazowanie maski litografii w ekstremalnym promieniowaniu UV do tworzenia cech półprzewodnikowych wykazało ogólny, zszyty obraz panoramiczny o rozdzielczości przestrzennej pięciu nanometrów, obejmujący obszar o wymiarach 505 na 130 mikrometrów. Na obrazie wyraźnie widać było różne obszary obwodu. Przy prędkości 10 linii na sekundę 101 000 na 26 000 pikseli zostało uchwyconych w ciągu około 40 minut, co jest znacznie szybszym wynikiem niż w przypadku konwencjonalnych systemów AFM.