close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16533

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01Q 10/00
G 01Q 20/00
(2010.01)
(2010.01)
СПОСОБ СКАНИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА С
ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДОВОГО МИКРОСКОПА
(21) Номер заявки: a 20090937
(22) 2009.06.25
(43) 2011.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт тепло- и
массообмена
им.
А.В.Лыкова
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Автор: Худолей Андрей Леонидович (BY)
BY 16533 C1 2012.12.30
BY (11) 16533
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(56) RU 2004133656 A, 2006.
JP 2000/121535 A.
JP 6323834 A, 1994.
JP 2000/258332 A.
(57)
Способ сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа, в котором объект и кантилевер закрепляют на первом и втором пьезосканерах
соответственно, располагают кантилевер над указанной поверхностью, сближают с ней,
осуществляют взаимное перемещение указанных пьезосканеров в противофазе по каждой
из координат сканирования и измеряют посредством системы регистрации полезный сигнал, являющийся функцией взаимного положения кантилевера и поверхности объекта,
отличающийся тем, что в процессе перемещения пьезосканеров непрерывно измеряют
текущий угол закручивания консоли кантилевера путем обработки сигнала, поступающего
с системы регистрации, сравнивают его с заранее заданным максимальным углом закручивания и в случае равенства указанных углов уменьшают текущий угол закручивания
путем управления по меньшей мере одним пьезосканером.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу сканирования
поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа, и может быть использовано для определения рельефа, линейных размеров и физических характеристик
поверхности объекта на микро- и наноуровне в режиме атомно-силового микроскопа.
Известен способ измерения рельефа поверхности объекта с использованием сканирующего зондового микроскопа [1], включающий первое сканирование поверхности объекта
с регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия
зонда с объектом, второе сканирование поверхности объекта в обратном направлении с
регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом, вычитание из сигнала вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в прямом направлении, сигнала вертикальных перемещений
сканера, зарегистрированного при сканировании в обратном направлении, вычитание из
сигнала взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированного при сканировании в пря-
BY 16533 C1 2012.12.30
мом направлении, сигнала взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированного при
сканировании в обратном направлении, определение коэффициента, на который нужно
умножить разность сигналов вертикальных перемещений сканера, чтобы при ее последующем сложении с разностью сигналов взаимодействия зонда с объектом получить максимально близкую к постоянной величину, умножение на найденный коэффициент сигнала
вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в одном из
направлений, и суммирование его с сигналом взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированным при сканировании в том же направлении, после чего суммарный сигнал используют в качестве сигнала рельефа поверхности исследуемого объекта. Способ
обеспечивает повышение точности измерений, однако имеет существенные ограничения
по размерам полей сканирования из-за использования одного пьезосканера.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ сканирования объектов с помощью сканирующего зондового микроскопа [2], согласно
которому для сканирования поверхности объекта используют взаимное перемещение двух
пьезосканеров, при этом объект устанавливают на первом пьезосканере, зонд (кантилевер)
закрепляют на втором пьезосканере и располагают над исследуемой поверхностью, кантилевер сближают с поверхностью объекта, производят сканирование пьезосканерами в
противофазе по каждой из координат сканирования и с использованием системы регистрации измеряют полезный сигнал, являющийся функцией взаимного положения кантилевера и поверхности объекта. Основное достоинство способа заключается в расширении
технических возможностей метода - увеличении полей сканирования и высот измеряемого
рельефа поверхности объекта за счет применения двух сканеров.
В процессе сканирования острие кантилевера движется по поверхности объекта, при
этом в контакте возникает сила трения, что приводит к закручиванию консоли кантилевера. При этом система регистрации одновременно детектирует 4-секционным фотоприемником как радиальный изгиб консоли, так и угол ее закручивания. Следует отметить, что
наибольший угол закручивания консоли кантилевера обусловлен не трением острия зонда
о поверхность материала, а механическим зацеплением острия кантилевера или самой
консоли кантилевера о большую по высоте неровность рельефа поверхности объекта.
Дальнейшее перемещение закрепленного конца консоли кантилевера приводит, первоначально, к резкому увеличению угла закручивания ее свободного конца, а в дальнейшем и
к значительному изгибу консоли кантилевера в горизонтальной плоскости. В результате
возможна поломка острия и/или консоли кантилевера. Таким образом, существенным недостатком известного способа является отсутствие возможности ограничения максимального угла закручивания кантилевера при сканировании поверхности объекта, что на
практике значительно ограничивает возможности при измерении сложного рельефа поверхности объекта методом сканирующей зондовой микроскопии.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей сканирования поверхностей объекта, имеющих сложный рельеф.
Задача решается следующим образом. В известном способе сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа объект и кантилевер закрепляют на первом и втором пьезосканерах соответственно, располагают кантилевер над
указанной поверхностью, сближают с ней, осуществляют взаимное перемещение указанных пьезосканеров в противофазе по каждой из координат сканирования и измеряют посредством системы регистрации полезный сигнал, являющийся функцией взаимного
положения кантилевера и поверхности объекта. Согласно предлагаемому изобретению, в
процессе перемещения пьезосканеров непрерывно измеряют текущий угол закручивания
консоли кантилевера путем обработки сигнала, поступающего с системы регистрации,
сравнивают его с заранее заданным максимальным углом закручивания и в случае равенства указанных углов уменьшают текущий угол закручивания путем управления по меньшей мере одним пьезосканером.
2
BY 16533 C1 2012.12.30
В процессе контроля угла закручивания консоли кантилевера выполняют сравнение
текущего значения угла с максимальным его значением, которое задают до начала процесса сканирования исходя из конструкции и материала кантилевера. Управление пьезосканерами позволяет вносить измерения в процедуру сканирования, когда угол
закручивания консоли кантилевера достигает максимального значения, путем перемещения кантилевера и/или поверхности объекта в вертикальной и горизонтальной плоскостях
для снижения текущего значения угла закручивания консоли кантилевера. Таким образом,
расширение функциональных возможностей способа достигается за счет обеспечения
возможности сканирования поверхностей объекта, имеющих сложный рельеф.
Способ осуществляют следующим образом. До начала сканирования системе управления сканирующим зондовым микроскопом задают максимальный угол закручивания
консоли. Далее объект устанавливают на первом пьезосканере, кантилевер закрепляют на
втором пьезосканере и располагают над исследуемой поверхностью, кантилевер сближают с поверхностью объекта, производят сканирование пьезосканерами в противофазе по
каждой из координат сканирования и с использованием системы регистрации измеряют
полезный сигнал. При этом блоком управления ведут обработку сигнала, поступающего с
системы регистрации, и сравнивают полученное текущее значение угла закручивания консоли кантилевера с максимальным значением угла, предварительно заданным блоку
управления до начала процесса сканирования. Если значение угла закручивания консоли
кантилевера не превышает заданного максимального значения, то блок управления не
вносит изменений в процедуру сканирования поверхности объекта. В случае достижения
максимального значения угла закручивания консоли кантилевера блок управления посылает управляющий сигнал, по меньшей мере, на один из двух пьезосканеров для изменения траектории движения кантиливера и/или поверхности объекта. Пьезосканер,
например, поднимает кантилевер над поверхностью объекта и/или изменяет его положение в горизонтальной плоскости. В результате таких действий кантиливер может как проходить через большие по высоте неровности поверхности, так и обходить их в
горизонтальной плоскости без превышения максимального угла закручивания консоли
кантиливера.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет сканировать поверхности с большими
по высоте неровностями без повреждения острия кантилевера и его консоли, что значительно расширяет функциональные возможности сканирующей зондовой микроскопии
при измерении сложного рельефа.
Источники информации:
1. Патент РФ 2329465, МПК G 01B 7/34, G 12B 21/00, 2008.
2. Заявка на изобретение РФ 2004133656/28, МПК G 02B 21/00, 2006.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
77 Кб
Теги
патент, by16533
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа