Osnovna orodja, ki so potrebna za kalibracijo sonde AFM, vključujejo standardne vzorce, laserske sisteme za poravnavo, opremo za nadzor okolja in programsko opremo za kalibracijo; ta orodja skupaj zagotavljajo natančnost in ponovljivost meritev nanometrskega merila.
I. Standardni vzorci: zagotavljanje sledljivih fizičnih referenc
Standardni vzorci služijo kot "ravnila" kalibracije, ki se uporabljajo za preverjanje in popravljanje različnih parametrov sistema AFM.
1. Vzorci kalibracije višine osi Z-
Standardi smeri Z- serije TGZ (npr. TGZ1): imajo znano višino stopnice (20,0 ± 1,5 nm) in se uporabljajo za popravljanje ojačanja in linearnosti piezoelektričnega skenerja osi Z-.
Si(111) eno-kristalne silicijeve stopnice: imajo atomsko ravno površino s teoretično višino stopnice 0,19 nm, zaradi česar so primerne za ultra-visoko-natančno umerjanje občutljivosti Z-osi.
2. Vzorci kalibracije optičnega bralnika osi XY-
Standard trikotne mreže TGG1: ima periodo 3 ± 0,05 μm in se uporablja za zaznavanje nelinearnosti stranskega skeniranja, kotnih popačenj in za karakterizacijo konice.
TGX1 Checkerboard Square Pillar Array: 2D periodična struktura, ki lahko celovito popravi dimenzije slikovnih pik in popačenja optičnega bralnika v obeh smereh X in Y.
3. Vzorci za ocenjevanje oblike konice
TGT1 3D Standard za umerjanje konice: Vsebuje globoke vdolbine in ostre robove, ki se uporabljajo za rekonstrukcijo profila konice in prepoznavanje učinkov zvijanja slike, ki jih povzroči zatesnitev konice ali kontaminacija.
Piramidalni stopenjski standardi serije SHS (50–100 nm): Uporabljajo se za oceno stranske ločljivosti in vpliva stranskih sten sonde.
Namig za uporabo: standardne vzorce je treba hraniti v suhem okolju brez{0}}prašu; ne dotikajte se površine, da preprečite praske ali kontaminacijo.
II. Laserski in fotodetektorski sistem: omogoča natančno pretvorbo signalov sile
AFM zaznava odklon konzole z uporabo principa laserskega odboja; ta sistem zahteva natančno poravnavo, da se zagotovi zanesljivost podatkov.
Laserski oddajnik: oddaja fokusiran žarek na odsevno območje konzole sonde. Four-Quadrant Photodiode (PSPD): sprejema odbito svetlobo in pretvarja majhne odklone konzole v električne signale.
Mehanizem laserske poravnave: ročno ali samodejno prilagodi položaj laserja, da zagotovi, da laserska točka pade v optimalno območje na zadnji strani konzole.
Ključna metrika: Intenzivnost signala je treba prilagoditi na nad 80 % celotnega obsega, da se izognete nasičenosti signala ali pretirano nizkemu razmerju-in-šumom (SNR).
III. Orodja za nadzor okolja: Odpravljanje zunanjih motenj
AFM so izjemno občutljivi na svoje okolje in potrebujejo posebno opremo za vzdrževanje stabilnih pogojev delovanja.
Miza za izolacijo vibracij: izolira tresljaje tal, da zagotovi stabilnost slike na -atomski ravni.
Komora s konstantno temperaturo in vlažnostjo (ali laboratorijski sistem HVAC): nadzoruje temperaturo v območju 20–25 stopinj in vlažnost v območju 40 %–60 %, da zmanjšata toplotni odmik in adsorpcijo vlage.
Ohišje za elektromagnetno zaščito: preprečuje, da bi zunanja elektromagnetna polja motila pridobivanje signala.
-Sistem ozemljitve z eno točko: preprečuje vnos hrupa, ki ga povzročajo ozemljitvene zanke.
Opomba: temperaturno nihanje samo za 1 stopinjo lahko povzroči znaten toplotni odmik, kar ogrozi natančnost dolgo-trajajočih pregledov.
IV. Pomožna orodja in potrošni material: Podporno delovanje in vzdrževanje
|
Ime orodja |
Opis funkcije |
|
Pinceta (ne-magnetna) |
Uporablja se za namestitev sonde; preprečuje stik prstov s konzolo in se tako izogne kontaminaciji ali poškodbam. |
|
Tipki z etanolom/krpe,-brez vlaken |
Uporablja se za čiščenje vzorčne mize in sponk, kar preprečuje, da bi prah motil skeniranje. |
|
Pištola za izp-dušik |
Uporablja se za odstranjevanje delcev s površine vzorca, kar preprečuje praske na konici sonde. |
|
Posoda za shranjevanje (vakuum ali eksikator) |
Uporablja se za shranjevanje standardnih vzorcev in rezervnih sond, kar preprečuje oksidacijo in kontaminacijo. |
V. Programska oprema in algoritmi za umerjanje: izračun parametrov in kompenzacija napak
Sodobni AFM so opremljeni s specializirano programsko opremo za avtomatizacijo postopka kalibracije:
Modul za umerjanje občutljivosti: izračuna inverzno optično občutljivost vzvoda (InvOLS) na podlagi krivulj-razdalje sile.
Algoritem popravka nelinearnosti optičnega bralnika: ustvari tabelo popravkov-preslikave slikovnih pik za osi X in Y na podlagi slik standardnih vzorcev umerjanja.
Algoritem dekonvolucije: rekonstruira obliko konice sonde iz pridobljene slike, da popravi razširitev slike, ki jo povzroči obraba konice (otopenje). Funkcija kompenzacije drsenja: sledenje-spremembe položaja vzorca v realnem času za izboljšanje dolgoročne{2}}stabilnosti slike.
Skladnost s standardi: priporočamo, da se za sistematično umerjanje sklicujete na ASTM E2546-18, "Standardni vodnik za kalibracijo in delovanje mikroskopa na atomsko silo".
