چه ابزارهایی برای کالیبراسیون پروب AFM مورد نیاز است

ابزار اصلی مورد نیاز برای کالیبراسیون پروب AFM شامل نمونه های استاندارد، سیستم های هم ترازی لیزری، تجهیزات کنترل محیطی و نرم افزار کالیبراسیون می باشد. در مجموع، این ابزارها دقت و تکرارپذیری اندازه‌گیری‌های نانومقیاس را تضمین می‌کنند.

I. نمونه های استاندارد: ارائه مراجع فیزیکی قابل ردیابی

نمونه های استاندارد به عنوان "حاکم" کالیبراسیون عمل می کنند که برای تأیید و تصحیح پارامترهای مختلف سیستم AFM استفاده می شود.

1. Z-نمونه‌های کالیبراسیون ارتفاع محور

TGZ سری Z-استانداردهای جهت (به عنوان مثال، TGZ1): دارای ارتفاع پله شناخته شده (20.0 ± 1.5 نانومتر) و برای تصحیح بهره و خطی بودن اسکنر پیزوالکتریک محور Z- استفاده می‌شود.

Si(111) Single-پله‌های سیلیکون کریستالی: دارای یک سطح اتمی صاف با ارتفاع پله نظری 0.19 نانومتر هستند که آن‌ها را برای کالیبراسیون با حساسیت محور فوق‌العاده-بالا{4}}زی- مناسب می‌سازد.

2. XY-نمونه‌های کالیبراسیون اسکنر محور

استاندارد توری مثلثی TGG1: دارای دوره زمانی 0.05 ± 3 میکرومتر است و برای تشخیص غیرخطی‌های اسکن جانبی، اعوجاج‌های زاویه‌ای و برای مشخص کردن نوک استفاده می‌شود.

آرایه ستون مربعی شطرنجی TGX1: ساختار تناوبی دوبعدی که قادر به تصحیح جامع ابعاد پیکسل و اعوجاج اسکنر در هر دو جهت X و Y است.

3. نمونه های ارزیابی شکل نوک

TGT1 3استاندارد کالیبراسیون نوک D: حاوی ترانشه‌های عمیق و لبه‌های تیز است که برای بازسازی نمایه نوک و شناسایی جلوه‌های پیچیدگی تصویر ناشی از کند شدن نوک یا آلودگی استفاده می‌شود.

استانداردهای مرحله هرمی سری SHS (50-100 نانومتر): برای ارزیابی قدرت تفکیک جانبی و تأثیر دیواره های جانبی پروب استفاده می شود.

نکته استفاده: نمونه های استاندارد باید در محیطی خشک و عاری از گرد و غبار- نگهداری شوند. از دست زدن به سطح برای جلوگیری از خراش یا آلودگی خودداری کنید.

II. سیستم لیزر و ردیاب نوری: امکان تبدیل دقیق سیگنال‌های نیرو

AFM با استفاده از اصل بازتاب لیزری انحراف کنسول را تشخیص می دهد. این سیستم برای اطمینان از قابلیت اطمینان داده ها به تراز دقیق نیاز دارد.

لیزر امیتر: یک پرتو متمرکز را به ناحیه بازتابنده کاوشگر ساطع می کند. ‌-فتودیود چهارگانه (PSPD): نور بازتابی را دریافت می‌کند و انحراف‌های دقیقه‌ای از کنسول را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند.

مکانیسم تراز لیزری: به صورت دستی یا خودکار موقعیت لیزر را تنظیم می کند تا از قرار گرفتن نقطه لیزر در ناحیه بهینه در پشت کنسول اطمینان حاصل شود.

متریک کلیدی: شدت سیگنال باید روی بیش از 80 درصد مقیاس کامل تنظیم شود تا از اشباع سیگنال یا نسبت سیگنال به نویز بسیار پایین (SNR) جلوگیری شود.

III. ابزارهای کنترل محیطی: حذف تداخل خارجی

AFM ها نسبت به محیط خود بسیار حساس هستند و برای حفظ شرایط عملیاتی پایدار به تجهیزات تخصصی نیاز دارند.

‌جدول جداسازی ارتعاش‌: ارتعاشات زمین را برای اطمینان از پایداری تصویربرداری در سطح اتمی، جدا می‌کند.

محفظه دما و رطوبت ثابت (یا سیستم HVAC آزمایشگاهی): دما را بین 20 تا 25 درجه و رطوبت را بین 40 تا 60 درصد کنترل می‌کند تا رانش حرارتی و جذب رطوبت را به حداقل برساند.

محفظه محافظ الکترومغناطیسی: از تداخل میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی در جذب سیگنال جلوگیری می‌کند.

‌-سیستم زمین‌سازی تک نقطه‌ای: از ایجاد نویز ناشی از حلقه‌های زمین جلوگیری می‌کند.

‌توجه‌: تنها یک درجه نوسان دما می‌تواند باعث رانش حرارتی قابل توجهی شود و دقت اسکن‌های طولانی مدت- را به خطر بیندازد.

IV. ابزارها و مواد مصرفی کمکی: پشتیبانی از عملیات و نگهداری

V. نرم افزار و الگوریتم های کالیبراسیون: محاسبه پارامتر و جبران خطا.

AFM های مدرن مجهز به نرم افزارهای تخصصی برای خودکارسازی فرآیند کالیبراسیون هستند:

ماژول کالیبراسیون حساسیت‌: حساسیت اهرم نوری معکوس (InvOLS) را بر اساس منحنی‌های فاصله{0} نیرو محاسبه می‌کند.

‌الگوریتم تصحیح غیرخطی اسکنر: بر اساس تصاویر نمونه‌های کالیبراسیون استاندارد، یک جدول تصحیح نقشه‌برداری پیکسل- برای محورهای X و Y ایجاد می‌کند.

‌الگوریتم دکانولوشن: شکل نوک پروب را از تصویر بدست‌آمده بازسازی می‌کند تا گشاد شدن تصویر ناشی از سایش نوک (بلانت) را تصحیح کند. عملکرد جبران رانش:-ردیابی زمان واقعی تغییرات موقعیت نمونه برای افزایش پایداری تصویربرداری طولانی مدت.

مطابقت با استانداردها: توصیه می کنیم برای کالیبراسیون سیستماتیک به ASTM E2546-18، "راهنمای استاندارد برای کالیبراسیون و عملیات میکروسکوپ نیروی اتمی" مراجعه کنید.