Medzi základné nástroje potrebné na kalibráciu sondy AFM patria štandardné vzorky, laserové vyrovnávacie systémy, zariadenia na kontrolu prostredia a kalibračný softvér; spoločne tieto nástroje zabezpečujú presnosť a reprodukovateľnosť meraní nanometrov.
I. Štandardné vzorky: Poskytovanie sledovateľných fyzických referencií
Štandardné vzorky slúžia ako „pravidlá“ kalibrácie, slúžia na overenie a korekciu rôznych parametrov systému AFM.
1. Vzorky kalibrácie výšky osi Z
Smerové štandardy TGZ série Z- (napr. TGZ1): Majú známu výšku kroku (20,0 ± 1,5 nm) a používajú sa na korekciu zisku a linearity piezoelektrického skenera osi Z-.
Si(111) Single-Crystal Silicon Steps: Majú atómovo plochý povrch s teoretickou výškou kroku 0,19 nm, vďaka čomu sú vhodné na ultra-vysoko{4}}}precíznu kalibráciu citlivosti osi Z-.
2. XY-Kalibračné vzorky osového skenera
Štandard trojuholníkovej mriežky TGG1: Má periódu 3 ± 0,05 μm a používa sa na detekciu laterálnych nelinearít skenovania, uhlových deformácií a na charakterizáciu hrotu.
TGX1 Checkerboard Square Pillar Array: 2D periodická štruktúra schopná komplexne korigovať rozmery pixelov a skreslenia skenera v smere X aj Y.
3. Vzorky na vyhodnotenie tvaru hrotu
TGT1 3D kalibračný štandard hrotu: Obsahuje hlboké ryhy a ostré hrany, ktoré sa používajú na rekonštrukciu profilu hrotu a identifikáciu efektov konvolúcie obrazu spôsobených otupením hrotu alebo kontamináciou.
SHS Series Pyramidal Step Standards (50–100 nm): Používajú sa na vyhodnotenie laterálneho rozlíšenia a vplyvu bočných stien sondy.
Tip na použitie: Štandardné vzorky by sa mali skladovať v suchom -bezprašnom prostredí; nedotýkajte sa povrchu, aby ste predišli poškriabaniu alebo kontaminácii.
II. Laserový a fotodetektorový systém: Umožňuje presnú konverziu silových signálov
AFM detekuje vychýlenie konzoly pomocou princípu laserového odrazu; tento systém vyžaduje presné zarovnanie, aby sa zabezpečila spoľahlivosť údajov.
Laserový žiarič: Vysiela zaostrený lúč na reflexnú oblasť konzoly sondy. Štyri-kvadrantová fotodióda (PSPD): Prijíma odrazené svetlo a premieňa nepatrné výchylky konzoly na elektrické signály.
Mechanizmus zarovnania lasera: Ručne alebo automaticky upravuje polohu lasera, aby sa zabezpečilo, že laserový bod bude spadať do optimálnej oblasti v zadnej časti konzoly.
Kľúčová metrika: Intenzita signálu by mala byť nastavená na viac ako 80 % plného rozsahu, aby sa predišlo saturácii signálu alebo príliš nízkemu pomeru signálu -k{2}}šumu (SNR).
III. Nástroje na kontrolu životného prostredia: Eliminácia vonkajšieho rušenia
AFM sú mimoriadne citlivé na svoje prostredie a vyžadujú špeciálne vybavenie na udržanie stabilných prevádzkových podmienok.
Vibration Isolation Table: Izoluje vibrácie zeme, aby sa zaistila stabilita zobrazenia na atómovej{0}}úrovni.
Komora na konštantnú teplotu a vlhkosť (alebo laboratórny systém HVAC): Reguluje teplotu v rozmedzí 20–25 stupňov a vlhkosť v rozmedzí 40 %–60 %, aby sa minimalizoval teplotný posun a adsorpcia vlhkosti.
Elektromagnetický tieniaci kryt: Zabraňuje vonkajším elektromagnetickým poliam, aby rušili získavanie signálu.
Single{0}}Single Point Grounding System: Zabraňuje vnášaniu hluku spôsobeného zemnými slučkami.
Poznámka: Kolísanie teploty len o 1 stupeň môže spôsobiť značný teplotný posun, čo ohrozuje presnosť-dlhotrvajúcich skenov.
IV. Prídavné nástroje a spotrebný materiál: Podpora prevádzky a údržby
|
Názov nástroja |
Popis funkcie |
|
pinzety (nie-magnetické) |
Používa sa na inštaláciu sondy; zabraňuje kontaktu prstov s konzolou, čím sa predchádza kontaminácii alebo poškodeniu. |
|
Etanolové tampóny/-utierky bez chĺpkov |
Používa sa na čistenie stojana na vzorky a svoriek, čím sa bráni tomu, aby prach rušil skenovanie. |
|
Dusíková pištoľ- |
Používa sa na odstránenie častíc z povrchu vzorky, čím sa zabráni poškriabaniu hrotu sondy. |
|
Skladovacia nádoba (vákuum alebo exsikátor). |
Používa sa na skladovanie štandardných vzoriek a náhradných sond, ktoré zabraňujú oxidácii a kontaminácii. |
V. Kalibračný softvér a algoritmy: Výpočet parametrov a kompenzácia chýb
Moderné AFM sú vybavené špecializovaným softvérom na automatizáciu procesu kalibrácie:
Modul na kalibráciu citlivosti: Vypočítava citlivosť inverznej optickej páky (InvOLS) na základe kriviek vzdialenosti od sily-.
Algoritmus korekcie nelinearity skenera: Vygeneruje{0}}tabuľku korekcie mapovania pixelov pre osi X a Y na základe obrázkov štandardných kalibračných vzoriek.
Dekonvolučný algoritmus: Rekonštruuje tvar hrotu sondy zo získaného obrazu, aby sa opravilo rozšírenie obrazu spôsobené opotrebovaním hrotu (tupením). Funkcia kompenzácie posunu: Sledovanie zmien polohy vzorky v-reálnom čase s cieľom zlepšiť dlhodobú-stabilitu zobrazenia.
Súlad s normami: Pre systematickú kalibráciu odporúčame použiť ASTM E2546-18, „Štandardná príručka pre kalibráciu a prevádzku mikroskopu s atómovou silou“.
