Методы программно-аппаратной коррекции экспериментальных данных в атомно-силовой микроскопии

• Автор: Леесмент, Станислав Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук Быков Виктор Александрович
С.-Петербург

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Основные виды искажений АСМ-данных и методы их устранения
1.1. Источники и виды искажений в АСМ
1.2. Проявления искажений
1.3. Коррекция некоторых видов искажений
1.3.1 Уплощение карт изображений рельефа
1.3.2 Коррекция пиксельного разрешения
1.4. Методы фрактальной геометрии
Г лава 2. Метод измерения рельефа поверхности
2.1. Алгоритм самосогласованной калибровки ошибки обратной связи
2.2. Апробация алгоритма
2.3. Использование самосогласованного алгоритма для улучшения метода изображения рельефа
Глава 3. Методы предварительной фильтрации асм-изображений
3.1. Увеличение контрастности границ
3.1.1 Самосогласованный ранговый фильтр высоких частот
3.1.2 Тестирование СФР на модельных объектах
3.1.3 Применение СФР для сегментации изображений композиционной наноструктурной керамики
3.1.4 Применение СФР при исследовании биологических объектов
3.2. Способ устранения межстрочных скачков
3.2.1 Описание способа устранения межстрочных скачков
3.2.2. Объединение массивов высот
3.2.3 Точность алгоритма
Г лава 4. Анализ морфологических свойств и управление качеством АСМ-данных с использованием методов фрактальной геометрии
4.1. Процедура измерения фрактальной размерности
4.2. Управление качеством измерений
Заключение
Список цитируемой литературы
Список публикаций

ВВЕДЕНИЕ
Разработка новых материалов с применением нанотехнологий неразрывно связана с развитием приборно-технологической базы в этой области, что предъявляет основное требование к используемому экспериментальному оборудованию: оно должно позволять получать
достоверные количественные характеристики наноструктур и нанообъектов.
Атомно-силовая микроскопия (АСМ), являющаяся доминирующим направлением в сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) позволяет исследовать поверхности материалов с высоким пространственным разрешением, являясь, таким образом, одним из основных инструментов в современной нанотехнологии. Данный вид микроскопии позволяет получать качественную и количественную информацию о свойствах как наноструктур, так и отдельных нанообъектов. В то же время, постоянно растущий объем исследований в области нанотехнологий требует развития методов количественного анализа экспериментальных данных, а также автоматизации их обработки. Формализация процедур обработки данных СЗМ позволяет радикально повысить эффективность исследований, однако отсутствие экспертного контроля на каждом из этапов может привести к понижению достоверности результатов анализа. Связано это в большой степени с наличием различного рода искажений в экспериментальных данных. Разработка новых методов анализа и обработки АСМ данных, позволяет повысить достоверность и полноту результатов качественного и количественного анализа.

2.1. Алгоритм самосогласованной калибровки ошибки обратной связи
Сигнал рассогласования системы обратной связи, возникающий в процессе сканирования с использованием метода постоянной силы содержит дополнительную информацию относительно рельефа поверхности. Он может быть использован для более точного воспроизведения рельефа в так называемом контактном методе рассогласования [76, 77], учитывая что процессе сканирования новое значение величины изгиба кантилевера (и сигнал рассогласования) устанавливается быстрее чем система обратной связи приводит величину изгиба к предустановленному значению. В данном методе в процессе сканирования в каждой точке измеряются два значения: рельефа и ошибки обратной связи. Затем ошибка обратной связи пересчитывается в соответствующие значения высот и складывается с исходным значением рельефа. В символьном виде это выражение можно записать так:
к = Км+КсЕ, (2.1)
где Я - рельеф без учета ошибки ОС, Км - измеренный рельеф, Е - значение ошибки ОС в текущей координате Кс - коэффициент пересчета.
Физический смысл коэффициента пересчета - это чувствительность оптической системы слежения АСМ. Кс переводит сигнал вертикального смещения отраженного пятна лазера на секционированном фотодиоде в величину изгиба кантилевера в единицах измерения рельефа. Выбор