Здавалка
Главная | Обратная связь

Коливальні методики АСМ



 

Для дослідження зразків, що мають малу механічну твердість застосовуються коливальні АСМ методики, основані на реєстрації параметрів взаємодії коливного кантилевера з поверхнею.

Точний опис коливань кантилевера зондового датчика являє собою складне математичне завдання. Однак основні риси процесів, що відбуваються при взаємодії коливного кантилевера з поверхнею, можна зрозуміти на основі моделі зосередженої маси. У цій моделі кантилевер представляється у вигляді пружної консолі (із твердістю k) із зосередженою масою m на одному кінці і закріпленому іншому кінці на п’єзовібраторі ПВ (рис. 2.11).

 

Рисунок 2.11 – Модель зондового датчика у вигляді пружної консолі з масою на кінці

 

Відповідно до цієї моделі наявність у системі дисипації зводиться, в основному, до зменшення амплітуди коливань і розширенню амплітудно-частотної (АЧХ) і фазо-частотної (ФЧХ) характеристик системи (рис. 2.12).

 

Рисунок 2.12 – Зміна АЧХ і ФЧХ у системі з дисипацією ( – резонансна частота дисипативної системи, ωоб – власна резонансна частоти коливань кантилевера, Q – добротність системи)

 

5. Безконтактний і "напівконтактний" режим коливань кантилевера

 

У безконтактному режимі кантилевер робить змушені коливання з малою амплітудою порядку 1 нм. При наближенні зонда до поверхні на кантилевер починає діяти додаткова сила з боку зразка . Для малих коливань показано, що наявність градієнта сили взаємодії зонда з поверхнею зразка приводить до зміни ефективної твердості системи і додатковому зрушенню, у порівнянні з дисипативною системою, АЧХ і ФЧХ системи (рис.2.13). Це використовується для одержання фазового контрасту в АСМ дослідженнях поверхні.

Реєстрація зміни амплітуди й фази коливань кантилевера в безконтактному режимі вимагає високої чутливості і стійкості роботи зворотного зв'язка. На практиці частіше використовується так званий "напівконтактний" режим коливань кантилевера (іноді його називають переривчасто-контактний). При роботі в цьому режимі збуджуються змушені коливання кантилевера поблизу резонансу з амплітудою порядку 10 - 100 нм. При скануванні реєструється зміна амплітуди і фази коливань кантилевера.

 

Рисунок 2.13 – Зміна АЧХ і ФЧХ кантилевера під дією градієнта сили ( – резонансна частота в присутності зовнішньої сили)

 

Теорія "напівконтактного" режиму значно складніше теорії безконтактного режиму, оскільки в цьому випадку рівняння, що описує рух кантилевера, істотно нелінійно. Однак характерні риси даного режиму подібні з особливостями безконтактного режиму - амплітуда і фаза коливань кантилевера залежать від ступеня взаємодії поверхні і зонда в нижній точці коливань кантилевера. Оскільки в нижній точці коливань зонд механічно взаємодіє з поверхнею, то на зміну амплітуди та фази коливань кантилевера в цьому режимі істотний вплив робить локальна твердість поверхні зразків.

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.