Разработка и исследование методов и средств метрологического обслуживания сканирующих зондовых микроскопов

• Автор: Голубев, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Оглавление
Список сокращений
Введение
Глава 1. Сканирующие зондовые микроскопы. Переход от средств визуализации к средствам измерения
1.1. История сканирующей зондовой микроскопии
1.2. Классификация СЗМ
1.3. Метрологическое обеспечение сканирующей зондовой микроскопии 17 Глава 2. Формализованное описание СЗМ как средства измерения
2.1. Принципы построения модели СЗМ
2.2. Реализация системы координат СЗМ при помощи трубчатого пьезоэлектрического манипулятора
2.3. Алгоритм сканирования в режиме постоянной силы
2.4. Взаимодействие зонда и образца
2.5. Разрешающая способность СЗМ. Ее соотношение с межатомными расстояниями и влияние на погрешность измерения
Глава 3. Принципы проверки математической модели СЗМ и экспериментальная реализация такой проверки
3.1. Принципы экспериментальной проверки адекватности математической модели СЗМ
3.2. Сравнительные измерения мер при помощи СЗМ и некоторых других средств измерения нанометрового диапазона
Глава 4. Погрешность измерений при помощи СЗМ и ее составляющие
4.1. Нелинейность пьезокерамики
4.2. Гистерезис пьезокерамики
4.3. Запаздывание прохождения сигнала - крип пьезокерамики
4.4. Температурный дрейф пьезокерамики
4.5. Старение пьезокерамики
4.6. Формализация понятия поверхности твердого тела для случая

взаимодействия зонда и образца
4.7. Неидеальность геометрической формы зонда и эффект кажущегося уширения образца
4.8. Влияние вибраций на СЗМ
4.9. Шумы электроники
4.10. Погрешность, связанная с дискретизацией АЦП
4.11. Погрешность, связанная с фотодетектором
4.12. Деформация поверхности образца под действием сканирующего зонда
Глава 5. Средства метрологического обслуживания сканирующих зондовых микроскопов
5.1. Модель идеальной меры для метрологического обслуживания СЗМ
5.2. Использование существующих рельефных мер нанометрового диапазона для метрологического обслуживания СЗМ
5.3. Динамическая мера. Теоретическое и экспериментальное исследование возможности ее применения для метрологического обслуживания СЗМ
5.4. Динамическая мера как оптимальное средство измерения разрешающей способности СЗМ
Глава 6. Метрологическое обеспечение перехода СЗМ из средств визуализации в средства измерения
6.1. Обоснование выбора параметров СЗМ, требующих метрологического контроля
6.2. Разработка методов проведения калибровки и поверки СЗМ
6.3. Практическая реализация калибровки и поверки СЗМ
Выводы
Список литературы
Приложение 1. Микроскопы сканирующие зондовые ФемтоСкан. Методика поверки
Благодарности

Список сокращений
АСМ Атомный силовой микроскоп
АЦП Аналого-цифровой преобразователь
ВНИИМС Всероссийский научно-исследовательский институт
метрологической службы МБМВ Международное бюро мер и весов
МСМ Магнитно-силовой микроскоп
НИЦПВ Научно-исследовательский центр по исследованию
свойств поверхности и вакуума РТВ Брауншвейгский физико-технический институт
СЗМ Сканирующий зондовый микроскоп
СИ Средство измерения
СРМ Сканирующий резистивный микроскоп
СТерМ Сканирующий термальный микроскоп
СТМ Сканирующий туннельный микроскоп
ЦАП Цифро-аналоговый преобразователь
ЭСМ Электрический силовой микроскоп
Известные соотношения Герца показывают, что формой области контакта является эллипс с полуосями а и Ь, причем при условии малости деформаций по сравнению с радиусами кривизны можно получить соотношения:
где Г) - константа, выражающаяся через модули Юнга и Пуассона материалов зонда и образца Е,Е',сг,ст'. Она равна
А и В в (2.16) - главные значения суммарного тензора кривизны, они выражаются через величины вида /Я и имеют размерность обратной длины [м"1]. В - параметр, определяемый через 1 /Е , и имеющий размерность обратного давления [Па'1]. Он также может рассматриваться как некое эффективное значение модуля Юнга в области контакта зонд-образец.
Рассмотрим случай соприкосновения сферического зонда и сферического образца. Пусть они имеют радиусы соответственно Я и Я'. Тогда главные значения суммарного тензора %ар + х',ф будут равны соответственно
причем из соображений симметрии ясно, что область контакта будет представлять собой окружность и в (2.16) мы имеем
Расстояние к, на которое сблизятся шары, представляет собой разность
(2.16),
(2.17)
(2.18)
(2.19)