ขั้นตอนที่เกี่ยวข้องในการสอบเทียบโพรบ AFM มีอะไรบ้าง

ขั้นตอนหลักของการสอบเทียบหัววัด AFM ประกอบด้วยการเตรียมสภาพแวดล้อม การติดตั้งหัววัด การจัดตำแหน่งด้วยเลเซอร์ การสอบเทียบแกน Z- และแกน XY - โดยใช้ตัวอย่างมาตรฐาน และการควบคุมข้อผิดพลาดของระบบ กระบวนการทั้งหมดต้องปฏิบัติตามระเบียบปฏิบัติการปฏิบัติงานอย่างเคร่งครัดเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของการวัดระดับนาโน

I. การเตรียมสอบเทียบล่วงหน้า-: การควบคุมสิ่งแวดล้อมและการเริ่มต้นอุปกรณ์

กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอม (AFM) มีความไวต่อสภาพแวดล้อมอย่างมาก ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องแน่ใจว่าระบบอยู่ในสถานะเสถียรก่อนการสอบเทียบ:

การควบคุมสิ่งแวดล้อม: รักษาอุณหภูมิห้องปฏิบัติการให้อยู่ระหว่าง 20–25 องศา และความชื้นระหว่าง 40%–60% เพื่อป้องกันการขยายตัวทางความร้อนและการเปลี่ยนแปลงของชั้นการดูดซับที่พื้นผิวไม่ให้ส่งผลต่อการวัด

การแยกการสั่นสะเทือน: วางเครื่องมือบนแพลตฟอร์มแยกการสั่นสะเทือน-โดยเฉพาะ ซึ่งอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือน เช่น อุปกรณ์ความถี่สูง- หรือช่องระบายอากาศของเครื่องปรับอากาศ

การต่อสายดิน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟใช้การต่อสายดินจุดเดียว- เพื่อป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากการเพิ่มสัญญาณรบกวน

เปิด-เปิดการอุ่นเครื่อง-: เปิดยูนิตหลักและตัวควบคุม AFM ปล่อยให้อุ่นเครื่องเป็นเวลาอย่างน้อย 30 นาทีเพื่อให้แน่ใจว่าเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะเข้าสู่สมดุลทางความร้อน

เคล็ดลับสำคัญ: ความผันผวนของสภาพแวดล้อมเป็นสาเหตุหลักของข้อผิดพลาดของระบบ ความแปรผันของอุณหภูมิเกิน 1 องศาสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ

ครั้งที่สอง การติดตั้งโพรบและการจัดตำแหน่งระบบออปติคอล

1. การเลือกและการติดตั้งโพรบ

เลือกโพรบที่เหมาะสมตามโหมดการทดลอง (การสัมผัส การแตะ หรือไม่-การสัมผัส):

สำหรับโหมดการต๊าป แนะนำให้ใช้โพรบที่มีความถี่เรโซแนนซ์สูงและค่าคงที่สปริงต่ำ (เช่น 300 kHz, 40 N/m)

สำหรับตัวอย่างที่แข็ง อาจเลือกโพรบเคลือบเพชร-เพื่อยืดอายุการใช้งานของโพรบ

ระหว่างการติดตั้ง ให้ใช้แหนบจับที่ยึดโพรบเบาๆ หลีกเลี่ยงการสัมผัสคานยื่นหรือส่วนปลายเพื่อป้องกันความเสียหายทางกล

2. การจัดตำแหน่งด้วยเลเซอร์

เปิดเลเซอร์และปรับตำแหน่งของตัวส่งสัญญาณเพื่อให้จุดเลเซอร์โฟกัสไปที่ส่วนด้านหลังของพื้นที่สะท้อนแสงของคานยื่นอย่างแม่นยำ

ปรับตำแหน่งของเครื่องตรวจจับ (โฟโตไดโอดสี่-) เพื่อให้แน่ใจว่าความเข้มของสัญญาณถึงอย่างน้อย 80% ของขนาดเต็ม ดังนั้นจึงรับประกันการตอบสนองต่อแรงที่ละเอียดอ่อน

หากใช้โหมดอัจฉริยะ "ScanAsyst" ระบบจะสามารถปรับค่าที่ตั้งไว้ของแอมพลิจูดให้เหมาะสมโดยอัตโนมัติ ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดจากมนุษย์ให้เหลือน้อยที่สุด

เกณฑ์การตรวจสอบ: โดยการสังเกตการทดสอบเส้นโค้งของแรง ให้ตรวจสอบว่าเส้นพื้นฐานมีความเสถียรและไม่มีการกระโดดกะทันหัน เพื่อเป็นการยืนยันว่าการจัดแนวเลเซอร์นั้นถูกต้อง

III. การสอบเทียบพารามิเตอร์หลักโดยใช้ตัวอย่างมาตรฐาน

1. Z-การสอบเทียบความไวของแกน (การสอบเทียบแนวตั้ง)

ตัวอย่างมาตรฐาน: เลือกขั้นตอนอะตอมของระนาบผลึก Si(111) (ความสูงตามทฤษฎี: 0.19 นาโนเมตร) หรือมาตรฐานทิศทางของซีรีส์ Z- ซีรีส์ Z- ของ TGZ (เช่น TGZ1: 20.0 ± 1.5 นาโนเมตร)

ขั้นตอน:

สแกนขอบเขตขั้นตอนมาตรฐานเพื่อรับโปรไฟล์ความสูง

คำนวณอัตราส่วนของความสูงที่วัดได้ต่อค่าทางทฤษฎี และปรับพารามิเตอร์เกนของทรานดิวเซอร์เพียโซอิเล็กทริกแกน Z- ตามนั้น

ทำการวัดซ้ำหลายๆ ขั้นตอนเพื่อให้ได้ค่าเฉลี่ย ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการสอบเทียบ

การชดเชยข้อผิดพลาด: ใช้มาตรฐานสอง-ขั้นซึ่งครอบคลุม 10%–70% ของช่วงการวัดทั้งหมดของเครื่องมือ ใช้วิธีหาพื้นที่-เพื่อแก้ไขความไม่เชิงเส้นของการกระจัดของแกน Z-

2. XY-การสอบเทียบแกนสแกนเนอร์ (การสอบเทียบด้านข้าง)

ตัวอย่างมาตรฐาน: ใช้มาตรฐานการสอบเทียบทิศทาง TGG1 X/Y- (ช่วง: 3 ± 0.05 µm) หรือกระดานหมากรุก TGX1-อาร์เรย์เสาสี่เหลี่ยมที่มีลวดลาย (ความสูง: ~0.6 µm)

ขั้นตอน:

สแกนพื้นที่ขนาดใหญ่ที่มีกำลังขยายต่ำเพื่อตรวจสอบการบิดเบี้ยวของภาพหรือการวางแนวเชิงมุมที่ไม่ตรง

วัดระยะทางสแกนจริงของโครงสร้างด้วยคาบที่ทราบเพื่อคำนวณขนาดพิกเซล (นาโนเมตร/พิกเซล) ในทิศทาง X และ Y

ป้อนปัจจัยการแก้ไขลงในซอฟต์แวร์เพื่อกำจัดความไม่เชิงเส้นของสแกนเนอร์และผลกระทบ{0}}การต่อเชื่อมข้าม

3. การประเมินรูปร่างของปลายโพรบ (การระบุลักษณะเฉพาะของปลาย)

ตัวอย่างมาตรฐาน: ใช้มาตรฐานการสอบเทียบทิป TGT1 3D หรือมาตรฐานขั้นตอนซีรีส์ SHS- (โครงสร้างปิรามิด: 50–100 นาโนเมตร)

วัตถุประสงค์: ประเมินว่าปลายโพรบทื่อหรือปนเปื้อนหรือไม่ ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้เกิดผลกระทบจาก "การบิดงอของปลาย" ที่นำไปสู่การขยายภาพ

วิธีการ: สร้างโปรไฟล์ทิปขึ้นใหม่โดยการวิเคราะห์ภาพที่ได้มา และใช้อัลกอริธึมการแยกส่วนเพื่อแก้ไขภูมิประเทศที่แท้จริงของตัวอย่างจริง

IV. กลยุทธ์การควบคุมและบำรุงรักษาข้อผิดพลาดของระบบ

1. การวิเคราะห์แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่สำคัญ

2. ขั้นตอนการบำรุงรักษาที่ได้มาตรฐาน

3. การปฏิบัติตามมาตรฐานสากล