Информационно-экспертная система для комплексной диагностики твердотельных нано- и микроструктур

• Автор: Карпов, Андрей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 325 с. : ил.

ГЛАВА
ГЛАВА

1. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ

НАНО- И МИКРОСТРУКТУР. СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

1.1 Диагностика с помощью дифракции медленных

электронов (ДМЭ)

1.1.1 Системы регистрации дифракционных картин

1.1.2 Компьютерные методы обработки дифракционных

картин

1.1.2.1 Тензор ДМЭ

1.1.3 Применение метода ДМЭ

1.2. Диагностика с помощью электронной Оже
спектроскопии (ЭОС)
1.2.1 Оже-спектрометры
1.2.2 Область применения ЭОС
1.3. Диагностика с помощью полевой электронной
микроскопии (ПЭМ)
1.3.1 Применение ПЭМ
1.3.2 Регистрация и обработка информации
1.4. Диагностика с помошыо полевой ионной
микроскопии (ПИМ)
1.4.1 Применение полевой ионной микроскопии
1.4.2 Визуализация ионных картин, регистрация и
обработка информации
1.5. Диагностика диэлектрических свойств материалов
1.5.1 Принципы широкополосной диэлектрической
спектрометрии
1.5.2 Диэлектрические спектрометры
1.6. Системы обработки визуализированной инфор
мации
1.6.1 Регистрация и обработка фотографических
изображений
1.6.2 Телевизионные системы регистрации и обработки
изображений
1.7 Выводы
2. МЕТОД ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ НАНО- И МИКРОСТРУКТУР
2.1. Применение компьютерных методов исследований
2.2. Моделирование компьютерной системы
2.3. Реализация компьютерной системы
2.3.1. Выбор базового компьютера
2.3.2. Устройства связи центрального компьютера с
инструментальным модулем
2.3.3. Реализация компьютерного комплекса диагностики
2.3.4. Задачи разработки специализированных устройств
2.4. Разработка программного обеспечения комплекса
диагностики
2.4.1. Задачи и предпосылки построения информационно
экспертной системы

ГЛАВА
ГЛАВА
2.4.2. Идентификация систем
2.4.2.1. Алгоритмы поиска в пространстве параметров и их
оценка
2.4.3. Задачи разработки программного обеспечения
3. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ
3.1. Технические методы и средства регистрации и
предварительной обработки визуализированной информации
3.1.1. Система регистрации фотографических 105 изображений
3.1.2. Система регистрации и обработки изображений на
базе видеокамеры
3.1.2.1 Преобразователь изображений
3.1.2.2 Системное программное обеспечение регистрации и
обработки визуализированной информации
3.2. Система амплитудного и статистического анализа
3.2.1. Статистический анализ
3.2.2. Амплитудный анализ
3.2.3 Заключение
3.3. Система диэлектрической спектрометрии 13
3.4. Заключение
4. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И
ПРОГРАММНАЯ ПОДДЕРЖКА КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ
4.1. Структура и системные программные средства
комплекса диагностики твердотельных нано- и микроструктур
4.1.1. Структура информационно-экспертной системы
Принципы функционирования
4.1.2. Системное программное обеспечение
информационного модуля
4.2. Обработка визуализированной информации
4.2.1. Предварительная обработка визуализированной
информации
4.2.2. Классификация и идентификация изображений
4.3. Алгоритмическое обеспечение диагностических
исследований в условиях вакуума
4.3.1. Обработка данных, полученных с помощью ДМЭ
4.3.1.1. Обработка данных ДМЭ с помощью
математического моделирования
4.3.1.2. Алгоритмы интеллектуальной поддержки
исследования методом ДМЭ
4.3.2. Обработка информации, полученной методом
полевой электронной микроскопии
4.3.2.1. Обработка полевых электронных изображений
4.3.2.2. Анализ поверхностной миграции и адсорбции
4.3.2.3. Регистрация, обработка и анализ информации при
импульсных методах исследования
4.3.3. Обработка полевых ионных изображений с
помощью математического моделирования

4.3.3.1. Моделирование ионных изображений
4.3.3.2. Быстрая обработка полевых ионных изображений
4.4. Обработка диэлектрометрической информации
4.4.1 Предварительная обработка диэлектрометрической
информации
4.4.1.1 Регистрация и предварительная обработка
диэлектрометрической информации
4.4.1.2 Визуализация диэлектрометрической информации
4.4.1.3 Диэлектрическая диаграмма как инструмент
обработки диэлектрометрической информации
4.4.1.4 Диагностика материалов с несколькими группами
времен релаксации 4.4.2 Интеллектуальная поддержка
диэлектрометрической информации
4.4.2.1 Унифицированная нормализованная функция диэлектрической системы
4.4.2.2 Структурные модельные элементы
4.4.2.3 Идентификация модели и ее параметров
диэлектрометрических откликов
Базовые элементы информационно-экспертной
системы
Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Универсальная система
диэлектрической спектрометрии
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Система моделирования
пластических операций
обработки 244 модельная 245
при анализе

напряжение (5 ... 30 кВ), позволяющее создавать поле напряженностью 500 МВ/см. Оптимальный температурный интервал 30 ... 50° К. Увеличение достигает нескольких миллионов диаметров острия, а разрешающая способность составляет 2-3 А.
Изображение формируется положительными ионами, образующимися благодаря полевой ионизации изображающего газа, введенного в рабочее пространство трубки проектора при давлении на уровне 1СГ3 мм рт.ст., в непосредственной близости от острия (первоначально производится откачка до КГ6... 10"9 мм рт.ст.).
Ионизация происходит над выступающими поверхностными атомами или над почти круглыми гранями плотно упакованных плоскостей решетки; выступающий над поверхностью атом посылает узкий пучок ионов в сторону люминесцентного экрана. Полное ионное изображение охватывает около 2/3 полусферы острия и отображает площадь КГ10 см2. Ионный ток от одного атома имеет величину около КГ14А, общий КГ 9А.
Наиболее эффективным изображающим газом является гелий, но высокая напряженность ионизации ограничивает число исследуемых материалов. Для неона напряжение наилучшего изображения (НИИ) меньше на 10% (что позволяет исследовать, например, железо), но экспозиция, требуемая для регистрации, увеличивается в 30 раз. НИИ водорода в 2 раза меньше, чем для гелия и яркость в 2 раза выше, однако, контраст более низкий и возможна диссоциация и ассоциация при адсорбции из-за молекулярной природы ГЬ, добавление водорода к гелию (до 30%) вызывает усиление ионизации, при
этом НИИ уменьшается в 1,1...1,4 раза, яркость возрастает в 1,2 1,8 раз, что позволило
исследовать железо, никель, кобальт.
Типичное ионное изображение представляет собой сравнительно легко поддающуюся расшифровке топографическую карту вершины острия, кольцевые контурные линии па которой представляют собой края кристаллографических плоскостей. Соседние кольца соответствуют параллельным плоскостям, отстоящим друг от друга на высоту ступеньки решетки. Это дает удачный способ определения радиуса кривизны острия путем подсчета числа колец плоских сеток с известной высотой ступеньки между двумя определенными полюсами.
Достигнуто подлинное атомарное разрешение в больших областях исследуемых образцов, прямое наблюдение атомной кристаллической решетки и ее дефектов: вакансий, внедренных и примесных атомов, дислокационных ядер, полос скольжения, структур холоднодеформированного металла.
Полевой ионный микроскоп (ПИМ) с атомным зондом предназначен в первую очередь для масс-спектрометричсской идентификации природы единичного атома,