RU2386989C2 - Calibrating master for profilometres and scanning probe microscopes - Google Patents

Calibrating master for profilometres and scanning probe microscopes Download PDF

Info

Publication number
RU2386989C2
RU2386989C2 RU2007111324/28A RU2007111324A RU2386989C2 RU 2386989 C2 RU2386989 C2 RU 2386989C2 RU 2007111324/28 A RU2007111324/28 A RU 2007111324/28A RU 2007111324 A RU2007111324 A RU 2007111324A RU 2386989 C2 RU2386989 C2 RU 2386989C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
scanning probe
standard
master
plate
profilometres
Prior art date
Application number
RU2007111324/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007111324A (en
Inventor
Дмитрий Игоревич Яминский (RU)
Дмитрий Игоревич Яминский
Игорь Владимирович Яминский (RU)
Игорь Владимирович Яминский
Original Assignee
ООО "Старт инноваций"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Старт инноваций" filed Critical ООО "Старт инноваций"
Priority to RU2007111324/28A priority Critical patent/RU2386989C2/en
Publication of RU2007111324A publication Critical patent/RU2007111324A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2386989C2 publication Critical patent/RU2386989C2/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention may be used to calibrate profilometres and scanning probe microscopes. Master makes it possible to perform calibration both before process of measurement and directly in process of measurements, when a sample installed into profilometre or scanning probe microscope is being examined. In available calibrating master for profilometres and scanning probe microscopes, which comprises plate, and plate is made of polarised piezoelectric material, and an electrode is attached to both opposite sides of plate, and electrodes are connected to source of electric voltage having constant amplitude and polarity.
EFFECT: invention makes it possible to develop calibrating master resistant to process of master surface abrasion, degradation, oxidation and contamination, resistant to multiple cleaning of surface and to spread area of master application over subnanometre range of measurements.
2 ex

Description

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и профилометрии и может быть использовано для калибровки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов.The invention relates to the field of scanning probe microscopy and profilometry and can be used to calibrate profilometers and scanning probe microscopes.

Известен калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящий из пластины с плоской поверхностью с нанесенными на нее золотыми частицами (J.Vesenka, S.Manne, R.Giberson, T.Marsh and E.Henderson. Colloidal Gold Particles as an Incompressible Atomic Force Microscope Imaging Standard for Assessing the Compressibility of Biomolecules. Biophysical Journal Volume 65, September 1993, pages 1-6). Недостатком этого эталона является его относительно высокая погрешность измерений, обусловленная вариациями размеров нанесенных наночастиц золота.Known calibration standard for profilometers and scanning probe microscopes, consisting of a plate with a flat surface coated with gold particles (J.Vesenka, S. Mann, R. Giberson, T. Marsh and E. Henderson. Colloidal Gold Particles as an Incompressible Atomic Force Microscope Imaging Standard for Assessing the Compressibility of Biomolecules. Biophysical Journal Volume 65, September 1993, pages 1-6). The disadvantage of this standard is its relatively high measurement error due to variations in the size of the deposited gold nanoparticles.

Известен калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, представляющий собой пластину высокоориентированного пиролитического графита (PELCO® Technical Notes, Highly Ordered Pyrolytic Graphite ZYH quality, Product № 626). Основной недостаток калибровочного эталона состоит в том, что высота атомной гофрировки поверхности для графита не является метрологическим параметром и зависит от режимов измерений. Возникающая на воздухе адсорбционная пленка может менять наблюдаемую высоту рельефа. Наблюдаемая при высоком разрешении атомная гофрировка поверхности графита существенно затрудняет точность определения высоты ступени, кроме того, из-за дефектов кристаллической упаковки высота ступеней на поверхности графита может варьироваться в широких пределах от десятых долей до десятков и сотен нанометров (нм).A known calibration standard for profilometers and scanning probe microscopes is a plate of highly oriented pyrolytic graphite (PELCO® Technical Notes, Highly Ordered Pyrolytic Graphite ZYH quality, Product No. 626). The main disadvantage of the calibration standard is that the height of the atomic corrugation of the surface for graphite is not a metrological parameter and depends on the measurement modes. An adsorption film appearing in air can change the observed relief height. The atomic corrugation of the graphite surface observed at high resolution significantly complicates the accuracy of determining the step height; in addition, due to defects in the crystal packing, the step height on the graphite surface can vary over a wide range from tenths to tens and hundreds of nanometers (nm).

Известен калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящий из гладкой подложки с нанесенными на них биологическими объектами строго заданной высоты, например частицами вируса табачной мозаики высотой 18 нм (Е.В.Дубровин, М.Н.Кирикова, В.К.Новиков, Ю.Ф.Дрыгин, И.В. Яминский. Изучение особенностей вируса табачной мозаики методом атомно-силовой микроскопии. // Коллоидный журнал, том 66, №6, (2004). c.750-755). Недостатком данного эталона является зависимость наблюдаемых высот вирусных частиц от величины прикладываемой силы со стороны зонда профилометра или сканирующего зондового микроскопа. Указанный недостаток обусловлен различием в механической жесткости исходной подложки (например, слюды или графита) и биомакромолекулы (вируса табачной мозаики). Другим недостатком данного эталона является то, что он не поддается очистке от посторонних примесей и загрязнений.A calibration standard for profilometers and scanning probe microscopes is known, consisting of a smooth substrate with biological objects of strictly given height deposited on them, for example, particles of the tobacco mosaic virus with a height of 18 nm (E.V. Dubrovin, M.N. Kirikova, V.K. Novikov , Yu.F. Drygin, IV Yaminsky. Study of the characteristics of the tobacco mosaic virus by atomic force microscopy. // Colloid Journal, Volume 66, No. 6, (2004). P. 750-755). The disadvantage of this standard is the dependence of the observed heights of viral particles on the magnitude of the applied force from the side of the profilometer probe or scanning probe microscope. This drawback is due to the difference in the mechanical stiffness of the initial substrate (for example, mica or graphite) and the biomacromolecule (tobacco mosaic virus). Another disadvantage of this standard is that it cannot be cleaned of impurities and contaminants.

Известен калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящий из пластины, изготовленной из одного материала, например из кремния, в которой сделаны одна или несоколько ступенек постоянной высоты (патент США №6028008, 2000 г., класс 438/734). Недостатками данного эталона являются невозможность проведения калибровки профилометра или сканирующего зондового микроскопа непосредственно в процессе измерения поверхности исследуемого неэталонного образца, стирание и деградация поверхности эталона в процессе эксплуатации, а также невозможность калибровки приборов в субнанометровом диапазоне высот.A known calibration standard for profilometers and scanning probe microscopes, consisting of a plate made of one material, for example silicon, in which one or several steps of constant height are made (US patent No. 6028008, 2000, class 438/734). The disadvantages of this standard are the impossibility of calibrating the profilometer or scanning probe microscope directly during the measurement of the surface of the investigated non-standard sample, the abrasion and degradation of the surface of the standard during operation, and the inability to calibrate devices in the subnanometer range of heights.

Наиболее близким к заявленному изобретению является известный калибровочный эталон серии TGZ для настройки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящий из кремниевой пластины с нанесенным на одной из ее поверхностей топографическим рельефом (проспект продукции фирмы Micromasch: Cantilevers and Test Structures. Catalogue Spring 2006, р.33) - прототип. Недостатком данного эталона является невозможность его использования в субнанометровом диапазоне высот, связанная с тем, что перепад высот не может быть менее высоты элементарной ступени (размера атома кремния - 0,2 нм), высокая чувствительность эталона к процессам стирания, деградации, окисления и загрязнения поверхности эталона, невозможность многократной очистки рабочей поверхности эталона без неизбежного ухудшения метрологической точности эталона, а также невозможность проведения калибровки с помощью вышеуказанного эталона при исследовании установленного в профилометр или сканирующий зондовый микроскоп образца. Как указывалось выше, минимальный диапазон по высоте такого эталона принципиально не может быть меньше высоты атомной ступени, однако и при такой высоте ступени наличие атомной гофрировки, видимой в сканирующий зондовый микроскоп как модуляция профиля поверхности с периодом межатомного расстояния, вносит существенную погрешность в точность измерения высоты этой элементарной ступени. Другим недостатком этого эталона является зависимость наблюдаемой высоты эталона от направления и скорости сканирования. Это обусловлено появлением сил трения при сканировании, которые вызывают дополнительное отклонение и изгиб острия и/или кантилевера и, соответственно, приводят к появлению погрешности измерений, зависящей от направления сканирования, силы прижима и скорости сканирования.Closest to the claimed invention is the well-known calibration standard of the TGZ series for tuning profilometers and scanning probe microscopes, consisting of a silicon wafer with a topographic relief deposited on one of its surfaces (product prospectus from Micromasch: Cantilevers and Test Structures. Catalog Spring 2006, p. 33 ) is a prototype. The disadvantage of this standard is the impossibility of its use in the subnanometer range of heights, due to the fact that the height difference cannot be less than the height of the elementary step (silicon atom size - 0.2 nm), the high sensitivity of the standard to the processes of abrasion, degradation, oxidation and surface contamination standard, the impossibility of multiple cleaning of the working surface of the standard without the inevitable deterioration of the metrological accuracy of the standard, as well as the impossibility of calibration using the above standard at adherence to established profilometer or scanning probe microscope sample. As indicated above, the minimum height range of such a standard cannot be fundamentally less than the height of the atomic stage, however, even with such a stage height, the presence of atomic corrugation visible in a scanning probe microscope as modulation of the surface profile with a period of interatomic distance introduces a significant error in the accuracy of the height measurement this elementary step. Another disadvantage of this standard is the dependence of the observed height of the standard on the direction and speed of scanning. This is due to the appearance of frictional forces during scanning, which cause an additional deflection and bending of the tip and / or cantilever and, accordingly, lead to the appearance of measurement errors depending on the scanning direction, pressure force and scanning speed.

Технической задачей изобретения является создание калибровочного эталона для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, позволяющего распространить область его применения также на субнанометровый диапазон, устойчивого к процессам стирания, деградации, окисления и загрязнения рабочей поверхности, а также устойчивого к многократной очистке его поверхности, позволяющего проводить калибровку профилометров или сканирующих зондовых микроскопов как перед процессом измерений, так и непосредственно в процессе измерений при исследовании установленного в профилометр или сканирующий зондовый микроскоп образца.An object of the invention is the creation of a calibration standard for profilometers and scanning probe microscopes, allowing to extend the scope of its application also to the subnanometer range, resistant to the processes of abrasion, degradation, oxidation and contamination of the working surface, as well as resistant to repeated cleaning of its surface, allowing calibration of profilometers or scanning probe microscopes both before the measurement process and directly during the measurement process A sample installed in a profilometer or scanning probe microscope.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном калибровочном эталоне для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состощем из пластины, пластина изготовлена из поляризованного пьезоэлектрического материала и к двум противоположным сторонам пластины прикреплено по электроду, соединенному с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности.The specified technical result is achieved by the fact that in the well-known calibration standard for profilometers and scanning probe microscopes, consisting of a plate, the plate is made of polarized piezoelectric material and is attached to two opposite sides of the plate through an electrode connected to a source of electrical voltage of constant amplitude and polarity.

Известно, что поляризованный пьезоэлектрический материал используют для изготовления манипуляторов сканирующих зондовых микроскопов (Alliata D., Cecconi С., Nicolini С. A simple method for preparing calibration standards for the three working axes of scanning probe microscope piezo scanners. - Rev. Sci. Instrum., 67 (3), 748-751, (1996)), однако использование таких материалов для изготовления калибровочных эталонов для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в литературе не описано.It is known that polarized piezoelectric material is used to make scanning probe microscope manipulators (Alliata D., Cecconi C., Nicolini C. A simple method for preparing calibration standards for the three working axes of scanning probe microscope piezo scanners. - Rev. Sci. Instrum ., 67 (3), 748-751, (1996)), however, the use of such materials for the manufacture of calibration standards for profilometers and scanning probe microscopes is not described in the literature.

В предложенном нами техническом решении для изготовления калибровочного эталона можно использовать поляризованные пьезоэлектрические материалы (пьезокерамику) различных марок, например PZT5, ЦТС-19, ЦТС-22, ЦТБС-3. Пластина может иметь любую произвольную форму, например круглую, овальную, квадратную, прямоугольную и др. При этом толщина пластины по всей поверхности может быть как одинаковой, так и может варьироваться.In our proposed technical solution for the manufacture of a calibration standard, one can use polarized piezoelectric materials (piezoceramics) of various grades, for example, PZT5, TsTS-19, TsTS-22, TsTBS-3. The plate can have any arbitrary shape, for example, round, oval, square, rectangular, etc. Moreover, the thickness of the plate over the entire surface can be the same or can vary.

Прикрепление электродов к двум противоположным плоскостям пластины должно быть достаточно прочным, чтобы обеспечить надежное создание электрического поля в поляризованном пьезоэлектрическом материале. Сами электроды могут быть изготовлены из любого электропроводящего материала и могут иметь любую произвольную форму.The attachment of the electrodes to two opposite planes of the plate should be strong enough to ensure reliable creation of an electric field in a polarized piezoelectric material. The electrodes themselves can be made of any electrically conductive material and can have any arbitrary shape.

В предложенном нами техническом решении можно использовать любые источники электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, например такие, как генераторы сигналов, аналогово-цифровые преобразователи, электробатарейки с переключателем на выходе, также любые источники, обеспечивающие возможность подачи на электроды электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности.In our technical solution, we can use any sources of electric voltage of constant amplitude and polarity, for example, such as signal generators, analog-to-digital converters, electric batteries with a switch at the output, as well as any sources that provide the ability to supply electrodes of constant voltage and polarity.

Предложенное нами техническое решение работает следующим образом. Пластину калибровочного эталона устанавливают в держатель образца и осуществляют подвод зонда к поверхности эталона. Подвод может быть осуществлен в контактном, полуконтактном и бесконтактном (работа на силах притяжения) или любом другом режиме сканирующего зондового микроскопа. Для профилометра может быть выбран контактный или любой другой режим работы. К пластине калибровочного эталона прикладывают электрическое напряжение постоянной амплитуды и полярности от источника. Электрический источник напряжения можно включать до начала подвода зонда, в процессе подвода или после окончания подвода. Под действием электрического напряжения изменяется толщина эталона, которую регистрирует сканирующий зондовый микроскоп или профилометр. Приложение и снятие электрического напряжения можно провести однократно или повторять периодически с выбранной амплитудой или частотой. Профилометр или сканирующий зондовый микроскоп записывает положение зонда и перемещение образца. Получаемое изображение обусловлено перемещением поверхности эталона под действием приложенного напряжения на заданную величину. При измерениях можно осуществлять сканирование - перемещение зонда по поверхности образца либо режим сканирования отключать.Our proposed technical solution works as follows. The calibration standard plate is installed in the sample holder and the probe is connected to the surface of the standard. The approach can be carried out in contact, semi-contact and non-contact (work on attractive forces) or in any other mode of a scanning probe microscope. For the profilometer, contact mode or any other operating mode can be selected. An electric voltage of constant amplitude and polarity from the source is applied to the plate of the calibration standard. The electric voltage source can be turned on before the probe is supplied, during the supply, or after the supply is complete. Under the influence of electric voltage, the thickness of the standard changes, which is recorded by a scanning probe microscope or profilometer. The application and removal of electrical voltage can be performed once or repeated periodically with the selected amplitude or frequency. A profilometer or scanning probe microscope records the position of the probe and the movement of the sample. The resulting image is due to the movement of the surface of the standard under the action of the applied voltage by a predetermined value. During measurements, you can scan - move the probe along the surface of the sample or turn off the scan mode.

В держатель образца пластину калибровочного эталона можно устанавливать совместно с исследуемым образцом либо без него. При этом образец можно просто размещать на пластине или закреплять на нем с помощью клея, фиксирующей мастики или двухстороннего скотча, с помощью механического или магнитного соединения, а также любым другим способом, обеспечивающим фиксацию образца относительно поверхности эталона, к которой прикреплен образец. При установлении исследуемого образца на поверхности эталона зонд профилометра или сканирующего зондового микроскопа осуществляет сканирование поверхности образца.In the sample holder, the plate of the calibration standard can be installed with or without the test sample. In this case, the sample can simply be placed on the plate or fixed on it using glue, fixing mastic or double-sided tape, using a mechanical or magnetic connection, as well as in any other way that fixes the sample relative to the reference surface to which the sample is attached. When establishing the test sample on the surface of the standard, the probe of the profilometer or scanning probe microscope scans the surface of the sample.

Прикладываемое к пластине электрическое напряжение может иметь различную форму, например меандра, синусоидальную, пилообразную, трапециевидную или другую более сложную форму. Предпочтительно, чтобы прикладываемое напряжение было направлено по направлению поляризации керамики, поскольку известно, что при приложении электрического напряжения по поляризации критических изменений пьезосвойств керамики не происходит (Ланин В.А. Старение пьезокерамики системы ЦТС под действием электрических и механических напряжений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск. Сибирский государственный университет путей сообщения. 2006 - 21 с. Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния).The voltage applied to the plate may have a different shape, for example a meander, sinusoidal, sawtooth, trapezoidal or other more complex shape. It is preferable that the applied voltage be directed in the direction of the polarization of the ceramic, since it is known that when applying electric voltage to the polarization, critical changes in the piezoelectric properties of ceramics do not occur (Lanin V.A. Aging of the piezoceramics of the PZT system under the influence of electric and mechanical stresses. Candidate of Technical Sciences, Tomsk, Siberian State University of Railway Engineering, 2006 - 21 pp. Specialty 04/01/07 - condensed matter th state).

Предварительную (единоразовую или периодическую) поверку калибровочного эталона следует проводить с помощью прецизионного интерферометра или емкостного датчика (дилатометра). Современные интерферометры и емкостные датчики могут обеспечить точность измерений на уровне 10-5 нм.Preliminary (one-time or periodic) calibration of the calibration standard should be carried out using a precision interferometer or a capacitive sensor (dilatometer). Modern interferometers and capacitive sensors can provide measurement accuracy at the level of 10 -5 nm.

Преимущества предложенного нами эталона иллюстрируют следующие примеры.The advantages of our standard are illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

В качестве калибровочного эталона используют пластину в виде круглой таблетки диаметром 10 мм и высотой 1 мм, изготовленную из поляризованного пьезоэлектрического материала - пьезокерамики ЦТС-23 с величиной пьезомодуля d33=150 пикоКулон/Ньютон, с прикрепленными к ее противоположным плоскостям серебряными электродами, соединенными с помощью гибких проводов с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, в качестве которого используют генератор прямоугольного сигнала амплитудой 4 В и частотой 20 Гц. Указанный эталон помещают на предметный столик сканирующего зондового микроскопа ФемтоСкан. Зонд микроскопа подводят в контакт с поверхностью эталона, включают генератор прямоугольного сигнала и подают на электроды эталона электрическое напряжение указанной амплитуды и частоты. При этом прикладываемое напряжение направлено по поляризации пьезокерамики. Далее запускают режим сканирования поверхности эталона в контактной атомно-силовой моде с частотой строчной развертки 5 Гц и записывают изображение поверхности эталона, сканируемой в атомно-силовом микроскопе. Получают изображение в виде полосок с постоянным перепадом по высоте. С помощью программного обеспечения ФемтоСкан Онлайн измеряют перепад полосок по высоте. При этом полагают, что наблюдаемая высота соответствует 0,6 нм. После этого сканирующий зондовый микроскоп прокалиброван эталоном в 0,6 нм.As a calibration standard, a plate in the form of a round tablet with a diameter of 10 mm and a height of 1 mm made of a polarized piezoelectric material — PZT-23 piezoceramics with a piezoelectric module value d 33 = 150 picoCoulomb / Newton, with silver electrodes attached to its opposite planes connected to silver using flexible wires with a source of electrical voltage of constant amplitude and polarity, which is used as a rectangular signal generator with an amplitude of 4 V and a frequency of 20 Hz. The specified standard is placed on the stage of a scanning probe microscope FemtoScan. The probe of the microscope is brought into contact with the surface of the standard, the square wave generator is turned on, and the voltage of the indicated amplitude and frequency is applied to the electrodes of the standard. In this case, the applied voltage is directed along the polarization of the piezoceramics. Next, the scanning mode of the reference surface in the contact atomic force mode with a horizontal scanning frequency of 5 Hz is started and the image of the reference surface scanned in an atomic force microscope is recorded. Get the image in the form of strips with a constant difference in height. Using the FemtoScan Online software, the height difference of the strips is measured. It is believed that the observed height corresponds to 0.6 nm. After that, the scanning probe microscope is calibrated with a standard of 0.6 nm.

Данный эталон можно многократно чистить от загрязнений, при этом метрологическая точность эталона не зависит от стирания, деградации, окисления и загрязнений рабочей поверхности эталона, сканируемой в сканирующем зондовом микроскопе.This standard can be cleaned many times from contamination, while the metrological accuracy of the standard does not depend on the abrasion, degradation, oxidation and contamination of the working surface of the standard scanned in a scanning probe microscope.

Пример 2Example 2

В качестве калибровочного эталона используют прямоугольную пластину размером 8×8 мм2 и толщиной 2 мм, изготовленную из поляризованного пьезоэлектрического материала - пьезокерамики PZT-8 с величиной пьезомодуля d33=215 пикокулон/ньютон, с прикрепленными к ее противоположным плоскостям электродами из никеля. Электроды соединены гибкими проводами с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, в качестве которого применяют цифроаналоговый преобразователь AD766, на выходе которого вырабатывают синусоидальный сигнал с частотой 10 Гц и размахом от 0 В до 100/215 В. На верхнюю поверхность эталона с помощью двухстороннего скотча прикрепляют исследуемый образец. Конструкцию из эталона с прикрепленным исследуемым образцом размещают на сканере мультимодового атомно-силового микроскопа MMAFM с электронным измерительным блоком Nanoscope-3а. Сканирование поверхности исследуемого образца осуществляют в режиме прерывистого контакта с частотой строчной развертки в 1 Гц. В процессе сканирования образца включают цифроаналоговый преобразователь и напряжение поступает к электродам эталона, вследствие чего он изменяет свою толщину по гармоническому закону с частотой 1 Гц и амплитудой 0,1 нм. На экране монитора сканирующего зондового микроскопа наблюдают модуляцию высоты профиля с размахов в 0,1 нм. С помощью программного обеспечения сканирующего зондового микроскопа определяют величину (размах) модуляции наблюдаемого рельефа. Размах гармонической модуляции полагают равным 0,1 нм. Калибровка сканирующего зондового микроскопа эталоном в 0,1 нм завершена.As a calibration standard, a rectangular plate with a size of 8 × 8 mm 2 and a thickness of 2 mm made of a polarized piezoelectric material — PZT-8 piezoceramics with a piezoelectric module value d 33 = 215 picocoulon / newton, with nickel electrodes attached to its opposite planes is used. The electrodes are connected by flexible wires to a source of electrical voltage of constant amplitude and polarity, which is used as an AD766 digital-to-analog converter, the output of which produces a sinusoidal signal with a frequency of 10 Hz and a span of 0 V to 100/215 V. To the upper surface of the standard using double-sided tape attach the test sample. A design from a standard with an attached test sample is placed on a MMAFM multimode atomic force microscope scanner with a Nanoscope-3a electronic measuring unit. Scanning the surface of the test sample is carried out in intermittent contact mode with a horizontal frequency of 1 Hz. In the process of scanning the sample, a digital-to-analog converter is turned on and the voltage goes to the electrodes of the standard, as a result of which it changes its thickness according to a harmonic law with a frequency of 1 Hz and an amplitude of 0.1 nm. On the monitor screen of a scanning probe microscope, modulation of the profile height from a span of 0.1 nm is observed. Using the software of a scanning probe microscope, the magnitude (range) of the modulation of the observed relief is determined. The harmonic modulation range is assumed to be 0.1 nm. Calibration of the scanning probe microscope with a 0.1 nm standard is complete.

Калибровку сканирующего зондового микроскопа можно осуществлять непосредственно в процессе сканирования и измерения профиля поверхности исследуемого образца. При измерениях с высоким разрешением гладких поверхностей исследуемых образцов, например графита, наличие у образца атомной гофрировки не снижает метрологическую точность эталона, поскольку контакт образца и зонда микроскопа осуществляют в одной точке поверхности без поперечного движения зонда вдоль поверхности образца. После завершения измерений исследуемый образец убирают с поверхности эталона, после этого эталон можно использовать повторно при исследовании другого образца, а также многократно чистить от загрязнений, при этом метрологическая точность эталона не зависит от стирания, деградации и окисления рабочей поверхности эталона.Calibration of a scanning probe microscope can be carried out directly in the process of scanning and measuring the surface profile of the test sample. In high-resolution measurements of smooth surfaces of the studied samples, for example graphite, the presence of atomic corrugation in the sample does not reduce the metrological accuracy of the standard, since the contact of the sample and the microscope probe is carried out at one point on the surface without transverse probe movement along the sample surface. After completing the measurements, the test sample is removed from the surface of the standard, after which the standard can be reused when examining another sample, and also repeatedly cleaned of contaminants, while the metrological accuracy of the standard does not depend on the abrasion, degradation and oxidation of the working surface of the standard.

Claims (1)

Калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящий из пластины, отличающийся тем, что пластина изготовлена из поляризованного пьезоэлектрического материала и к двум противоположным сторонам пластины прикреплено по электроду, соединенному с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности. A calibration standard for profilometers and scanning probe microscopes, consisting of a plate, characterized in that the plate is made of polarized piezoelectric material and is attached to two opposite sides of the plate by an electrode connected to a voltage source of constant amplitude and polarity.
RU2007111324/28A 2007-03-28 2007-03-28 Calibrating master for profilometres and scanning probe microscopes RU2386989C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007111324/28A RU2386989C2 (en) 2007-03-28 2007-03-28 Calibrating master for profilometres and scanning probe microscopes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007111324/28A RU2386989C2 (en) 2007-03-28 2007-03-28 Calibrating master for profilometres and scanning probe microscopes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007111324A RU2007111324A (en) 2008-10-10
RU2386989C2 true RU2386989C2 (en) 2010-04-20

Family

ID=39927166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007111324/28A RU2386989C2 (en) 2007-03-28 2007-03-28 Calibrating master for profilometres and scanning probe microscopes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2386989C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538024C1 (en) * 2013-07-03 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Центр перспективных технологий" Calibration standard for profile meters and scanning probe microscopes
RU2538029C1 (en) * 2013-07-03 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Центр перспективных технологий" Calibration standard for profile meters and scanning probe microscopes
RU209006U1 (en) * 2020-07-15 2022-01-27 Алексей Павлович Леонтьев Calibration grating for atomic force and scanning electron microscopes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Проспект продукции фирмы Micromash: "Cantilevers and test Structures" Catalogue Spring 2006, p.33. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538024C1 (en) * 2013-07-03 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Центр перспективных технологий" Calibration standard for profile meters and scanning probe microscopes
RU2538029C1 (en) * 2013-07-03 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Центр перспективных технологий" Calibration standard for profile meters and scanning probe microscopes
RU209006U1 (en) * 2020-07-15 2022-01-27 Алексей Павлович Леонтьев Calibration grating for atomic force and scanning electron microscopes

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007111324A (en) 2008-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gonda et al. Real-time, interferometrically measuring atomic force microscope for direct calibration of standards
US7992431B2 (en) Piezoelectric microcantilevers and uses in atomic force microscopy
US7404313B2 (en) Scanning probe microscope
Vendroux et al. Submicron deformation field measurements: Part 1. Developing a digital scanning tunneling microscope
KR20040018279A (en) Cantilever array, method of manufacturing the array, and scanning probe microscope, sliding device of guide and rotating mechanism, sensor, homodyne laser interferometer, and laser doppler interferometer with specimen light excitation function, using the array, and cantilever
Restagno et al. A new surface forces apparatus for nanorheology
JP5813966B2 (en) Displacement detection mechanism and scanning probe microscope using the same
Shetty et al. Quantitative and high spatial resolution d33 measurement of piezoelectric bulk and thin films
RU2386989C2 (en) Calibrating master for profilometres and scanning probe microscopes
Chung et al. Accurate noncontact calibration of colloidal probe sensitivities in atomic force microscopy
RU2442131C1 (en) Method for measuring surface texture properties and mechanical properties of the materials
US20040129063A1 (en) Method for performing nanoscale dynamics imaging by atomic force microscopy
Cheran et al. Work-function measurement by high-resolution scanning Kelvin nanoprobe
Xu et al. A metrological scanning force microscope
Cumpson et al. Cantilever spring-constant calibration in atomic force microscopy
Yacoot et al. From nanometre to millimetre: a feasibility study of the combination of scanning probe microscopy and combined optical and x-ray interferometry
RU2538029C1 (en) Calibration standard for profile meters and scanning probe microscopes
RU2510009C1 (en) Device to measure parameters of surface relief and mechanical properties of materials
RU2425356C1 (en) Device for measuring physical and mechanical properties of materials
RU2538024C1 (en) Calibration standard for profile meters and scanning probe microscopes
JP6001728B2 (en) Displacement detection mechanism and scanning probe microscope using the same
Hudlet et al. In situ measurement of large piezoelectric displacements in resonant atomic force microscopy
Poik et al. Efficient demodulation for measuring the amplitude of mechanical oscillations
US7423264B2 (en) Atomic force microscope
Dal Savio et al. 3D metrology with a compact scanning probe microscope based on self-sensing cantilever probes

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20100726

QB4A Licence on use of patent

Free format text: PLEDGE

Effective date: 20120807

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190329