5. Принцип работы сканирующего зондового микроскопа.
Существуют различные типы взаимодействия зонда с поверхностью образца. В СЗМ контроль расстояния осуществляется при помощи системы обратной связи. Для реализации обратной связи необходима резкая и одназначная зависимость характеристики взаимодействия зонда с поверхностью от расстояния зонд-образец. В процессе работы система поддерживает постоянным значение V, равным величине Vc, которое задается оператором. При изменении расстояния в следствии изменения рельефа поверхности происходят соответствующие изменения V. В системе обратной связи формируется сизнал Vs, определяемый ошибкой Verr : Verr = V – Vs, используемый для коррекции сизнала Vz, управляющего сканером (отвечает за позиуионирование зонда над образцом). Verr = 0 должна быть.
Расстояние поддерживается с точностью 0.01А. Таким образом система обратной связи отрабатывает изменение параметра V, обусловленные рельефом поверхности. При этом сигнал Vz используется для реконструкции рельефа поверхности образца. Для получения изображения зонд движется над поверхностью образца, осуществляя строчную и кадровую развертку, а величина сигнала записывается в память.
СЗМ позволяют изучать механические, электрические, магнитные и оптические свойства поверхности. Сканирующие элементы зондовых микроскопол с высокой точностью контролируют расстояние зонд-образец и осуществляют перемещение зонда. Сканеры изготавливают из пьезоэлектриков. Для изготовления СЗМ используются трубчатые пьезоэлементы, которые представляют собой полые тонкостенные цилиндры из пьезокерамики. Эти материалы позволяют получать большие перемещения объектов при малых управляющих напряжениях. Электроды наносятся на внутренние и внешние поверхности трубки, а торцы остаются непокрытыми. Под действием разности потенциалов между внутренними и внешними электродами трубка меняет свои продольные размеры. Соединение трех трубок в один узел позволяет организовать прецезионные перемещения зонда микроскопа в трех взаимно-перпендикулярных направлениях. Такой сканирующий элемент называется триподом.
“-“ пьезокерамики:
- нелинейность пьезоэлектрических свойств от диапозона рабочих напряжений;
- запаздывание реакций на изменение напряжения;
- гистерезис пьезокерамиков при одинаковых напряжениях.