RU2497134C2 - Method of leading probe to sample for scanning probe microscope - Google Patents
Method of leading probe to sample for scanning probe microscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2497134C2 RU2497134C2 RU2011149318/28A RU2011149318A RU2497134C2 RU 2497134 C2 RU2497134 C2 RU 2497134C2 RU 2011149318/28 A RU2011149318/28 A RU 2011149318/28A RU 2011149318 A RU2011149318 A RU 2011149318A RU 2497134 C2 RU2497134 C2 RU 2497134C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- probe
- scanner
- sample
- tip
- feedback circuit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии. Оно может быть использовано для приведения зонда сканирующего зондового микроскопа в рабочеее положение, особенно в сложных акустических и механических условиях, например, для проведения последующих измерений размеров нанообъектов и рельефа поверхностей, имеющих перепад высот наноразмера.The invention relates to the field of scanning probe microscopy. It can be used to bring the probe of a scanning probe microscope into working position, especially in difficult acoustic and mechanical conditions, for example, for subsequent measurements of the sizes of nano-objects and the relief of surfaces with a height difference of nanoscale.
Известен способ подвода, использующий непрерывную работу двигателя подвода при замкнутой цепи обратной связи и полностью выдвинутом сканере [1]. Двигатели подвода останавливаются, и подвод прекращается в момент, когда сканер, управляемый цепью обратной связи, оказывается втянутым примерно наполовину.A known method of supply using continuous operation of the supply engine with a closed feedback circuit and a fully extended scanner [1]. The feed motors stop and the feed stops when the scanner, controlled by the feedback circuit, is about half retracted.
Недостаток этого способа заключается в том, что после приближения острия зонда к образцу продолжается работа двигателей подвода. Кроме того, выбор рабочей точки цепи обратной связи производят эмпирическим образом заранее. Это приводит к увеличению степени разрушительного воздействия на образец и острие зонда, уменьшению точности последующих измерений и ухудшению их воспроизводимости.The disadvantage of this method is that after approaching the tip of the probe to the sample, the operation of the supply engines continues. In addition, the choice of the operating point of the feedback circuit is carried out empirically in advance. This leads to an increase in the degree of destructive effect on the sample and the tip of the probe, a decrease in the accuracy of subsequent measurements, and a deterioration in their reproducibility.
Известен также способ подвода зонда к образцу для сканирующего зондового микроскопа (СЗМ), в процессе которого происходит чередование этапов работы двигателя подвода с полностью втянутым сканером и этапов выдвижения сканера с неработающим двигателем до тех пор, пока на одном из этапов выдвижения сканера острие зонда не окажется вблизи образца [2]. Выдвижением сканера управляет цепь обратной связи с заранее выбранной рабочей точкой. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.There is also known a method of supplying a probe to a sample for a scanning probe microscope (SPM), during which the alternating stages of the operation of the supply engine with a fully retracted scanner and the steps of extending the scanner with the engine idle until the tip of the scanner is at one point near the sample [2]. The extension of the scanner is controlled by a feedback circuit with a pre-selected operating point. This method is selected as a prototype of the proposed solution.
Недостаток этого способа заключается в том, что выбор рабочей точки цепи обратной связи производят заранее эмпирическим образом, что приводит к увеличению степени разрушительного воздействия на образец и острие зонда, уменьшению точности последующих измерений и ухудшению их воспроизводимости.The disadvantage of this method is that the choice of the operating point of the feedback circuit is carried out in advance empirically, which leads to an increase in the degree of destructive effect on the sample and the tip of the probe, a decrease in the accuracy of subsequent measurements and a deterioration in their reproducibility.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении степени разрушительного воздействия на образец и острие зонда, уменьшении погрешности последующих измерений и улучшении их воспроизводимости.The technical result of the invention is to reduce the degree of destructive effect on the sample and the tip of the probe, reducing the error of subsequent measurements and improving their reproducibility.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе подвода зонда к образцу для сканирующего зондового микроскопа, в процессе которого происходит чередование этапов работы двигателя подвода с полностью втянутым сканером и этапов выдвижения сканера с неработающим двигателем до тех пор, пока на одном из этапов выдвижения сканера острие зонда не окажется вблизи образца, на этапах выдвижения сканера сканером управляет цепь обратной связи, рабочая точка цепи обратной связи на каждом этапе выдвижения сканера постепенно изменяется, начиная с величины входного сигнала цепи обратной связи в момент начала этого этапа, таким образом, чтобы обратная связь, выдвигая сканер, начиная с полностью втянутого состояния, отрабатывала эти изменения до тех пор, пока сканер не окажется полностью выдвинутым или острие зонда не окажется вблизи образца.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of supplying the probe to the sample for the scanning probe microscope, during which the alternating stages of the operation of the supply engine with the scanner fully engaged and the stages of the extension of the scanner with the engine idle, until at one of the stages of the extension of the scanner the tip the probe will not be near the sample, the feedback circuit controls the scanner at the stages of the scanner extension, the working point of the feedback circuit at each stage of the scanner extension gradually changes I, starting from the value of the input signal of the feedback circuit at the moment of the beginning of this stage, so that the feedback, extending the scanner, starting from the fully retracted state, fulfills these changes until the scanner is fully extended or the tip of the probe near the sample.
Существует также вариант, в котором близость острия зонда к образцу определяется по резкому уменьшению скорости выдвижения сканера.There is also an option in which the proximity of the tip of the probe to the sample is determined by a sharp decrease in the speed of the scanner.
Существует также вариант, в котором в качестве зонда используют силовой зондовый датчик с оптической системой регистрации, на протяжении процесса подвода происходит возбуждение колебаний консоли зондового датчика, и близость острия зонда к образцу определяется по резкому скачку сигнала фазы колебаний.There is also an option in which a power probe with an optical recording system is used as a probe, oscillations of the probe probe console are excited during the supply process, and the proximity of the probe tip to the sample is determined by a sharp jump in the oscillation phase signal.
Существует также вариант, в котором первый этап работы двигателей подвода не прекращается до тех пор, пока входной сигнал цепи обратной связи не изменится на заданную заранее величину вследствие взаимодействия острия зонда с образцом.There is also an option in which the first stage of the operation of the supply motors does not stop until the input signal of the feedback circuit changes by a predetermined value due to the interaction of the tip of the probe with the sample.
Существует также вариант, в котором скорость изменения рабочей точки цепи обратной связи на этапах выдвижения сканера регулируется таким образом, чтобы скорость выдвижения сканера была максимальной, и сигнал ошибки рассогласования не превышал заданной величины.There is also an option in which the rate of change of the operating point of the feedback circuit at the stages of extension of the scanner is adjusted so that the rate of extension of the scanner is maximum and the error error signal does not exceed a predetermined value.
Существует также вариант, в котором после того, как острие зонда оказывается вблизи образца, продолжает подстраиваться рабочая точка цепи обратной связи.There is also an option in which, after the tip of the probe is near the sample, the operating point of the feedback circuit continues to be adjusted.
Существует также вариант, в котором по скорости выдвижения сканера в последний момент перед прекращением подвода происходит автоматическое определение угла наклона кривой входной сигнал обратной связи от расстояния острие зонда - образец.There is also an option in which, according to the speed of the scanner’s extension, at the last moment before the supply is stopped, the angle of the curve is automatically determined by the input feedback signal from the distance from the tip of the probe — the sample.
Существует также вариант, в котором после того, как острие зонда оказывается вблизи образца, продолжает подстраиваться рабочая точка цепи обратной связи, и во время подстраивания рабочей точки цепи обратной связи достаточная близость острия зонда к образцу определяется по резкому уменьшению скорости выдвижения сканера.There is also an option in which, after the tip of the probe is near the sample, the working point of the feedback circuit continues to be adjusted, and while adjusting the working point of the feedback circuit, the sufficient proximity of the tip of the probe to the sample is determined by a sharp decrease in the extension speed of the scanner.
Существует так же вариант, в котором после того, как острие зонда оказывается вблизи образца, продолжает подстраиваться рабочая точка цепи обратной связи, и в качестве зонда используют силовой зондовый датчик с оптической системой регистрации, происходит возбуждение колебаний консоли силового зондового датчика, а во время подстраивания рабочей точки цепи обратной связи достаточная близость острия зонда к образцу определяется по резкому скачку сигнала фазы колебаний.There is also an option in which, after the tip of the probe is near the sample, the working point of the feedback circuit continues to be adjusted, and a power probe with an optical recording system is used as a probe, oscillations of the console of the power probe are excited, and during tuning the working point of the feedback circuit, the sufficient proximity of the tip of the probe to the sample is determined by a sharp jump in the signal of the oscillation phase.
Существует так же вариант, в котором по скорости выдвижения сканера в последний момент перед прекращением подвода происходит автоматическое определение угла наклона кривой входной сигнал обратной связи от расстояния острие зонда - образец и по углу наклона кривой входной сигнал обратной связи от расстояния острие зонда - образец происходит автоматическая калибровка входного сигнала цепи обратной связи.There is also an option in which, according to the speed of the scanner extension, at the last moment before the supply is stopped, the angle of the curve of the input feedback signal from the distance of the tip of the probe is automatically determined - the sample and the angle of the curve of the input feedback signal from the distance of the tip of the probe - the sample is automatic feedback input calibration.
На фиг.1 изображен в общем виде сканирующий зондовый микроскоп.Figure 1 shows a General view of a scanning probe microscope.
На фиг.2 изображено в общем виде устройство для реализации предлагаемого способа подвода зонда к образцу для сканирующего зондового микроскопа.Figure 2 shows in General terms a device for implementing the proposed method for supplying a probe to a sample for a scanning probe microscope.
На Фиг.3 показан процесс перемещения зонда сканером.Figure 3 shows the process of moving the probe by the scanner.
На Фиг.4 изображена схема алгоритма подвода сканирующего зондового микроскопа по предлагаемому способу.Figure 4 shows a diagram of the algorithm for supplying a scanning probe microscope according to the proposed method.
На Фиг.5 изображены положения измерительной головки, сканера и зонда на разных этапах выполнения подвода предлагаемым способом.Figure 5 shows the position of the measuring head, scanner and probe at different stages of the supply of the proposed method.
На Фиг.6 изображен пример кривой зависимости входной сигнал цепи обратной связи от расстояния острие зонда - образец.Figure 6 shows an example of a curve of the input signal of the feedback circuit from the distance of the tip of the probe - sample.
На Фиг.7 изображена схема работы алгоритма подстройки рабочей точки цепи обратной связи после выполнения предварительного подвода.Figure 7 shows a diagram of the algorithm for adjusting the operating point of the feedback circuit after performing a preliminary approach.
Сканирующий зондовый микроскоп включает в себя неподвижную платформу 1 с находящимся на ней образцом 2 (см. Фиг.1), зонд 3, острие зонда 4, сканер 5, измерительную головку 6, цепь обратной связи 7, двигатель подвода 8. Цепь обратной связи 7 формирует управляющий выдвижениями сканера 5 управляющий сигнал 9, На вход цепи обратной связи 7 поступает входной сигнал 10, формируемый зондом 3. Подробнее устройство СЗМ и его узлов можно узнать в [3, 4]. Чаще всего зонд 3 представляет собой либо токовый зонд с измерителем тока, либо силовой зондовый датчик с оптической системой регистрации. Токовой зонд обычно выполнен в виде токопроводящей проволоки. Силовой зондовый датчик обычно выполнен в виде чипа и гибкой консоли с закрепленным на конце острийным зондом, находящимся в непосредственном контакте с образцом 2 во время измерений, а оптическая система регистрации позволяет следить за изгибами консоли зондового датчика. (На схеме возможные устройства зонда 3 не показаны, подробнее их выполнение см. [5, 6]).The scanning probe microscope includes a
Устройство для реализации предлагаемого способа включает в себя также блок 11 управления подводом (см. Фиг.2), который управляет работой двигателей подвода 8 и устанавлявает рабочую точку 12 цепи обратной связи 7.A device for implementing the proposed method also includes an inlet control unit 11 (see FIG. 2), which controls the operation of the
Сканер 5, изменяя свою длину, позволяет перемещать зонд 3 в диапазоне L допустимых длин сканера 5 (см. Фиг.3).The
Алгоритм подвода сканирующего зондового микроскопа по предлагаемому способу удобно изображать в виде схемы Фиг.4. В прямоугольниках 13-18, 21 кратко описаны последовательно выполняемые действия алгоритма, в ромбах 19, 20 описаны условия ветвления алгоритма.The algorithm for supplying a scanning probe microscope according to the proposed method is conveniently depicted in the form of a diagram of FIG. 4. In rectangles 13-18, 21, sequentially performed actions of the algorithm are briefly described; in
На Фиг.5 изображены положения измерительной головки 6, сканера 5 и зонда 3 на разных этапах выполнения подвода предлагаемым способом. Во время выполнения подвода предлагаемым способом этапы выдвижения сканера и перемещения измерительной головки происходят поочередно.Figure 5 shows the position of the
Зависимость входного сигнала 10 (Фиг.2) цепи обратной связи 7 от расстояния острие зонда 4 - образец 2 на большом расстоянии от образца Н>Н1 (см. Фиг.6) имеет вид горизонтальной зависимости. Для полуконтактного метода работы микроскопа входным сигналом 10 цепи обратной связи 7 чаще всего служит амплитуда М. Для сигнала амплитуды М, как и для многих других сигналов, использующихся в качестве входного сигнала 10 цепи обратной связи 7, зависимость от высоты при приближении к образцу становиться круче - dH2/dM2<dH1/dM1 (Фиг.6).The dependence of the input signal 10 (Figure 2) of the
Алгоритм подстройки рабочей точки 12 цепи обратной связи 7 для подвода, где после того, как острие зонда оказывается вблизи образца, рабочая точка продолжает подстраиваться, реализован в виде непрерывного цикла действий 22-24, 26, 27 и условий 25, 28 (Фиг.7).The algorithm for adjusting the operating point 12 of the
Способ подвода зонда к поверхности реализуется следующим образом. Образец 2 устанавливают на неподвижную платформу 1 (Фиг.2). Цепь обратной связи 7 размыкается, и сканер 5 полностью втягивается 13 (Фиг.4). После этого происходит работа 14 двигателей подвода 8, перемещающих измерительную головку 6 по направлению к образцу 2. Перемещение измерительной головки 6 происходит на расстояние, не превосходящее длину сканера 5, для того, чтобы заведомо не привести острие зонда 4 в касание с образцом и не повредить образец 2 и острие зонда 4. После этого выставляется 15 рабочая точка 12 цепи обратной связи 7, равная входному сигналу 10 цепи обратной связи 7 в данный момент. Таким образом, сигнал ошибки рассогласования оказывается равным нулю. После этого цепь обратной связи 7 замыкается 16 и начинается выполнение этапа выдвижения 17-20 сканера. Положение измерительной головки 6 и сканера 5 в этот момент изображено на Фиг.5А. После замыкания 16 обратной связи 7 происходит последовательные изменения 17 рабочей точки 12 цепи обратной связи 7 на малую величину, и ожидания 18, чтобы обратная связь 7 успела отработать изменение 17, до тех пор, пока сканер 5 не окажется выдвинут 19 на максимальную величину L. Положение сканера 4 в середине цикла его выдвижения 17-20 изображено на Фиг.5В. Выход из цикла 17-20 на Фиг.5А-5С происходит по условию 19 - сканер оказывается при каком-то значении рабочей точки 12 цепи обратной связи 7, полностью выдвинутым (Фиг.5С). После очередного выполнения подготовки 13 к работе двигателя, работы двигателя 14 и подготовки 15, 16 к очередному циклу 17-20 выдвижения сканера 5, измерительная головка 6 и сканер 5 оказываются в положении, изображенном на Фиг.5D. На Фиг.5 выполнение цикла 17-20 из-за близости образца 2 завершается по наступлению условия 20 близости острия зонда к образцу. Весь алгоритм подвода завершается 21, положение измерительной головки 6 и сканера 5 обеспечивают касание острием зонда 4 образца 2 Фиг.5F. На рассмотренном конкретном процессе 13-21 (Фиг.4) повода (Фиг.5) произошло два этапа выдвижения сканера 5 и 5А-С и 5D-F, закончившихся полным выдвижением L сканера 5 и касанием острием зонда 4 образца 2 соответственно. Количество выполняемых при подводе этапов выдвижения сканера 5 зависит от первоначального положения измерительной головки 6, образца 2 и диапазона длин сканера L (Фиг.5А). Последний, завершающий подвод этап выдвижения сканера 5 всегда окачивается касанием, Фиг.5F, острием зонда 4 образца 2. Все остальные этапы выдвижения, Фиг.5А-5С, сканера 5, если они присутствуют, всегда заканчиваются полностью выдвинутым положением 5С сканера 5.The method of supplying the probe to the surface is implemented as follows.
В варианте, где близость острия зонда 4 к образцу 2 определяется по резкому уменьшению скорости выдвижения сканера 5, каждый раз в условии 20 (Фиг.5) измеряется длина сканера 5. Каждый раз, пока для цикла 17-20 не сработают условия выхода 19 или 20, длина сканера 5 будет увеличиваться. Когда острие зонда 4 окажется вблизи образца 2, скорость изменения длины сканера 5 резко упадет. Кривая входной сигнал 10 цепи обратной связи 7 от высоты (например, для случая, когда в роли входного сигнала 10 цепи обратной связи 7 выступает сигнал амплитуды М вынужденных колебаний консоли зондового датчика) (Фиг.6), поясняет сказанное. На то же самое изменение рабочей точки 12 цепи обратной связи 7 dM2=dM1 вблизи образца 2 будет происходить гораздо меньшее приближение острия зонда 4 к образцу 2 dH2<dH1 (а значит, и меньшее удлинение сканера 5, вследствие работы цепи обратной связи 7), чем вдали от него. Таким образом, при уменьшении удлинения dH2 ниже какого-то выбранного порогового значения в условии 20 определяется близость острия зонда 4 к образцу 2 и завершается цикл 17-20 выдвижения сканера, подвод заканчивается 21.In the variant where the proximity of the tip of the
В варианте, в котором в качестве зонда 3 используют силовой зондовый датчик с оптической системой регистрации, на протяжении процесса подвода происходит возбуждение колебаний консоли силового зондового датчика, и близость острия зонда 4 к образцу 2 определяется по резкому скачку сигнала фазы колебаний, условие 20 работает следующим образом. При приближении острия зонда 4 к образцу 2 сигнал фазы претерпевает скачок (примерно Н=Н2, см. Фиг.6). Таким образом, условие 20 срабатывает, когда сигнал фазы с предыдущего выполнения цикла 17-20 изменяется больше какого-то порогового значения, подвод заканчивается 21.In the embodiment in which a power probe with an optical recording system is used as
В способе, отличающимся тем, что первый этап работы двигателей подвода 8 не прекращается до тех пор, пока входной сигнал 10 цепи обратной связи 7 не изменится на заданную заранее величину вследствие взаимодействия острия зонда 4 с образцом 2, работа 14 двигателей подвода 8, при первом выполнении, прекращается только тогда, когда входной сигнал 10 цепи обратной связи 7 начинает заметно изменяться по мере приближения к образцу (Н<Н1 Фиг.6).In a method characterized in that the first stage of operation of the
В способе, где скорость изменения рабочей точки 12 цепи обратной связи 7 на этапах выдвижения сканера 5 регулируется таким образом, чтобы скорость выдвижения сканера 5 была максимальной и сигнал ошибки рассогласования не превышал заданной величины, ожидание 18 (Фиг.5) происходит следующим образом. В течение ожидания 18, после изменения рабочей точки 12 цепи обратной связи 7, с высокой частотой измеряется сигнал ошибки рассогласования. В момент уменьшения ошибки рассогласования ниже какого-то порогового значения ожидание 18 завершается.In the method where the change rate of the operating point 12 of the
В способе, где после того, как острие зонда 4 оказывается вблизи образца 2, продолжает подстраиваться рабочая точка 12 цепи обратной связи 7, процесс подвода действием 21 (Фиг.4) полностью не заканчивается. Действие 21 заканчивает только предварительный подвод зонда 4 к образцу 2. В течение всего последующего периода измерений, с некоторым временным интервалом, происходят этапы дополнительного подвода, которые корректируют рабочую точку 12 цепи обратной связи 7 таким образом, чтобы острие зонда 4 оставалось вблизи образца 2. В противном случае из-за меняющихся условий эксперимента (например, состояние поверхности образца 2, острия зонда 4, влажности воздуха) острие зонда 4 в какой-то момент измерений может оказаться в недостаточной близости к образцу 2. Поэтому возникает необходимость циклического выполнения действий 22-28 (Фиг.7). Время ожидания 22 выбирается таким образом, чтобы за это время в силу меняющихся условий эксперимента острие зонда 4 еще оставалось в допустимых диапазонах расстояний до образца 2. Каждый раз после ожидания 22 рабочая точка 12 цепи обратной связи 7 начинает постепенно изменяться в цикле 23-25 до тех пор, пока острие зонда 4 не отдалится 25 от образца 2. Время ожидания 24 выбирается таким образом, чтобы цепь обратной связи 7 успела отработать изменения 23 рабочей точки 10 цепи обратной связи 7. После этого происходит обратный процесс приближения острия зонда 4 к образцу 2 в цикле 26-28 (Фиг.7), до тех пор, пока острие зонда 4 не окажется 28 вблизи образца 2. После этого весь цикл 22-28 повторяется. При нормальной работе прибора и относительно стабильных условиях эксперимента время ожидания 22 составляет большую часть времени выполнения полного цикла 22-28 и на протяжении этого времени расстояние острие зонда 4 - образец 2 можно считать оптимальным.In the method, where after the tip of the
В способе, где по скорости выдвижения сканера 5 в последний момент перед прекращением подвода происходит автоматическое определение угла наклона кривой входной сигнал 10 обратной связи 7 от расстояния острие зонда 4 - образец 2, в конце 21 подвода происходит следующее. Вычисляется угол наклона кривой вблизи образца artg(dM2/dH2) (Фиг.6), где dM2 - последнее изменение 17 рабочей точки 12 и dH2 - длина последнего выдвижения сканера 5 за время ожидания 18 перед завершением подвода 21.In the method where, according to the extension speed of the
В способе, где после того, как острие зонда 4 оказывается вблизи образца 2, продолжает подстраиваться рабочая точка 12 цепи обратной связи 7, и во время подстраивания рабочей точки 12 цепи обратной связи 7 достаточная близость острия зонда 4 к образцу 2 определяется по резкому уменьшению скорости выдвижения сканера 5, условия 21 и 24 срабатывают следующим образом. Острие зонда 4 считается вблизи образца 2 в случае, если отношение dM2/dH2 (Фиг.6) оказывается больше какого-то порогового значения, в противном случае острие зонда 4 считается находящимся вдали от образца 2.In the method, where after the tip of the
В способе, где после того, как острие зонда 4 оказывается вблизи образца 2, продолжает подстраиваться рабочая точка 12 цепи обратной связи 7, и в качестве зонда 3 используют силовой зондовый датчик с оптической системой регистрации, происходит возбуждение колебаний консоли силового зондового датчика, а во время подстраивания рабочей точки 12 цепи обратной связи 7 достаточная близость острия зонда 4 к образцу 2 определяется по резкому скачку сигнала фазы колебаний, условия 25 и 28 (Фиг.7) срабатывают следующим образом. При приближении острия зонда 4 к образцу 2 сигнал фазы претерпевает скачок (примерно Н=Н2, см. Фиг.6). Таким образом, условия 25 и 28 срабатывают, когда сигнал фазы с предыдущего выполнения цикла (23-25 для условия 25, 26-28 для условия 28, Фиг.7) изменяется больше какого-то порогового значения.In the method, where after the tip of the
В способе, где по скорости выдвижения сканера 5 в последний момент перед прекращением подвода происходит автоматическое определение угла наклона кривой входной сигнал 10 обратной связи 7 от расстояния острие зонда 4 - образец 2 и по углу наклона кривой входной сигнал 10 обратной связи 7 от расстояния острие зонда 4 - образец 2 происходит автоматическая калибровка входного сигнала 10 цепи обратной связи 7, действие 21 выполняется следующим образом. Вычисляется тангенс угола наклона кривой вблизи образца dM2/dH2 (Фиг.6), где dM2 - последнее изменение 17 рабочей точки и dH2 - величина последнего выдвижения сканера за время ожидания 18 перед завершением подвода 21. После этого, пользуясь приближением, в котором участок кривой вблизи образца 2 Н<Н2 (Фиг.6) считается линейным, происходит калибровка входного сигнала 10 цепи обратной связи 7. В итоге становится возможным измерять величину входного сигнала 10 цепи обратной связи 7 и сигнал ошибки рассогласования в единицах измерения длины.In the method where, according to the extension speed of the
ТЕХНИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫTECHNICAL EFFECTS
Управление сканером на этапах выдвижения сканера цепью обратной связи и постепенное изменение рабочей точки цепи обратной связи на каждом этапе выдвижения сканера, начиная с величины входного сигнала цепи обратной связи в момент начала этого этапа, таким образом, чтобы обратная связь, выдвигая сканер, начиная с полностью втянутого состояния, отрабатывала эти изменения до тех пор, пока сканер не окажется полностью выдвинутым или острие зонда не окажется вблизи образца, позволяют подвести острие зонда к поверхности образца при оптимальном значении рабочей точки цепи обратной связи. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на образец и зонд, уменьшить погрешность последующих измерений, улучшить их воспроизводимость.Controlling the scanner at the stages of extending the scanner by the feedback circuit and gradually changing the operating point of the feedback circuit at each stage of extending the scanner, starting from the value of the input signal of the feedback circuit at the beginning of this stage, so that the feedback, extending the scanner, starting completely retracted state, worked through these changes until the scanner is fully extended or the tip of the probe is near the sample, allow you to bring the tip of the probe to the surface of the sample at optimal m value of the operating point of the feedback circuit. This allows to reduce the degree of destructive effect on the sample and probe, to reduce the error of subsequent measurements, to improve their reproducibility.
Определение близости острия зонда к поверхности по резкому уменьшению скорости выдвижения сканера позволяют подвести острие зонда к поверхности образца при оптимальном значении рабочей точки цепи обратной связи. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на образец и острие зонда, уменьшить погрешности последующих измерений, улучшить их воспроизводимость.Determining the proximity of the tip of the probe to the surface by a sharp decrease in the speed of extension of the scanner allows you to bring the tip of the probe to the surface of the sample with the optimal value of the working point of the feedback circuit. This allows you to reduce the degree of destructive effect on the sample and the tip of the probe, to reduce the errors of subsequent measurements, to improve their reproducibility.
Использование силового зондового датчика с оптической системой регистрации и определение близости острия зонда к образцу по резкому скачку сигнала фазы колебаний позволяют подвести острие зонда к образцу при оптимальном значении рабочей точки цепи обратной связи. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на поверхность и острие зонда, уменьшить погрешность последующих измерений, улучшить их воспроизводимость.Using a power probe sensor with an optical recording system and determining the proximity of the tip of the probe to the sample by a sharp jump in the signal of the oscillation phase allow you to bring the tip of the probe to the sample at the optimal value of the operating point of the feedback circuit. This allows you to reduce the degree of destructive effects on the surface and tip of the probe, to reduce the error of subsequent measurements, to improve their reproducibility.
Прекращение первого этапа работы двигателей подвода только когда входной сигнал цепи обратной связи изменится на заданную заранее величину, вследствие взаимодействия острия зонда с образцом, позволяет сэкономить время на первоначальном этапе подвода, пока острие зонда еще находится на существенном удалении от образца. При выполнении подвода за фиксированное время такая экономия позволяет меньшими шагами менять рабочую точку цепи обратной связи на этапах выдвижения сканера. Таким образом, рабочая точка цепи обратной связи подбирается точнее. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на поверхность и острие зонда, уменьшить погрешность последующих измерений, улучшить их воспроизводимость.The termination of the first stage of operation of the supply motors only when the input signal of the feedback circuit changes by a predetermined value, due to the interaction of the tip of the probe with the sample, allows you to save time at the initial stage of the supply, while the tip of the probe is still at a considerable distance from the sample. When performing the approach for a fixed time, this saving allows smaller steps to change the working point of the feedback circuit at the stages of extension of the scanner. Thus, the operating point of the feedback circuit is selected more precisely. This allows you to reduce the degree of destructive effects on the surface and tip of the probe, to reduce the error of subsequent measurements, to improve their reproducibility.
Регулирование скорости изменения рабочей точки цепи обратной связи на этапах выдвижения сканера таким образом, чтобы скорость выдвижения сканера была максимальной, и сигнал ошибки рассогласования не превышал заданной величины, при выполнении подвода за фиксированное время, позволяет меньшими шагами менять рабочую точку цепи обратной связи. Таким образом, рабочая точка цепи обратной связи подбирается точнее. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на поверхность и острие зонда, уменьшить погрешность последующих измерений, улучшить их воспроизводимость.Adjusting the rate of change of the operating point of the feedback circuit at the stages of extension of the scanner so that the speed of extension of the scanner is maximum and the error signal of the error does not exceed a predetermined value, when approaching for a fixed time, allows you to change the working point of the feedback circuit in smaller steps. Thus, the operating point of the feedback circuit is selected more precisely. This allows you to reduce the degree of destructive effects on the surface and tip of the probe, to reduce the error of subsequent measurements, to improve their reproducibility.
Подстраивание рабочей точки цепи обратной связи посредством варьирования ее в некотором диапазоне после того, как острие зонда оказывается вблизи поверхности, позволяет сохранять острие зонда вблизи поверхности в течение всего периода измерений. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на поверхность и зонд, уменьшить погрешности измерений, улучшить воспроизводимость измерений.By adjusting the operating point of the feedback circuit by varying it in a certain range after the tip of the probe is near the surface, it is possible to keep the tip of the probe near the surface for the entire measurement period. This allows you to reduce the degree of destructive effects on the surface and the probe, reduce measurement errors, improve the reproducibility of measurements.
Автоматическое определение угла наклона кривой входной сигнал обратной связи от расстояния острие зонда - образец по скорости выдвижения сканера в последний момент перед прекращением подвода позволяет при последующих измерениях по отклонениям от нулевого значения сигнала ошибки рассогласования определять колебания расстояния зонд - образец. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на поверхность и зонд, уменьшить погрешности измерений, улучшить воспроизводимость измерений.Automatic determination of the angle of the curve of the input feedback signal from the distance of the tip of the probe — the sample by the speed of the scanner extension at the last moment before the supply ceases to allow for subsequent measurements from deviations from the zero value of the mismatch error signal to determine the probe – sample distance fluctuations. This allows you to reduce the degree of destructive effects on the surface and the probe, reduce measurement errors, improve the reproducibility of measurements.
Определение достаточной близости острия зонда к поверхности по резкому уменьшению скорости изменения длины сканера, в процессе подстраивания рабочей точки цепи обратной связи посредством варьирования ее в некотором диапазоне после того, как острие зонда оказывается вблизи поверхности, позволяет поддерживать оптимальным значение рабочей точки цепи обратной связи на протяжении всего периода измерений. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на поверхность и зонд, уменьшить погрешности измерений, улучшить воспроизводимость измерений.Determining the sufficient proximity of the tip of the probe to the surface by drastically reducing the rate of change of the scanner length while adjusting the working point of the feedback circuit by varying it in a certain range after the tip of the probe is close to the surface, allows maintaining the optimal value of the working point of the feedback circuit throughout the entire measurement period. This allows you to reduce the degree of destructive effects on the surface and the probe, reduce measurement errors, improve the reproducibility of measurements.
Определение достаточной близости острия зонда к поверхности по резкому скачку сигнала фазы колебаний, когда в качестве зондового датчика используют силовой зондовый датчик и происходит возбуждение колебаний консоли зондового датчика, позволяет поддерживать оптимальным значение рабочей точки цепи обратной связи на протяжении всего периода измерений. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на поверхность и зонд, уменьшить погрешности измерений, улучшить воспроизводимость измерений.Determining the sufficient proximity of the tip of the probe to the surface by a sharp jump in the signal of the oscillation phase, when a power probe is used as a probe and vibrations of the probe probe console are excited, it allows maintaining the optimal value of the operating point of the feedback circuit throughout the entire measurement period. This allows you to reduce the degree of destructive effects on the surface and the probe, reduce measurement errors, improve the reproducibility of measurements.
Автоматическая калибровка входного сигнала цепи обратной связи по углу наклона кривой входной сигнал обратной связи от расстояния острие зонда - образец, определенному по скорости выдвижения сканера в последний момент перед прекращением подвода, позволяет, например, в случае измерений, когда роль зонда выполняет силовой зондовый датчик и происходит возбуждение колебаний консоли зондового датчика, определять реальную амплитуду и амплитуду свободных колебаний острия зонда. Это позволяет уменьшить степень разрушительного воздействия на поверхность и зонд, уменьшить погрешности измерений, улучшить воспроизводимость измерений.Automatic calibration of the feedback signal input by the slope of the curve, the input feedback signal from the distance of the tip of the probe - a sample determined by the speed of the scanner at the last moment before the supply is stopped, allows, for example, in the case of measurements when the power probe oscillations of the console of the probe sensor are excited, determine the real amplitude and amplitude of the free oscillations of the tip of the probe. This allows you to reduce the degree of destructive effects on the surface and the probe, reduce measurement errors, improve the reproducibility of measurements.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Быков В.А. и др. Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности. // "Электроника: наука, технология, бизнес", №5.1. Bykov V.A. etc. Scanning probe microscopy for science and industry. // "Electronics: science, technology, business", No. 5.
2. Mininni; Paul I, Osborne; Jason R., Young; James M., Meyer; Charles R. Method and apparatus for rapid automatic engagement of a probe // US Pat 7665349 February 23, 2010.2. Mininni; Paul I, Osborne; Jason R., Young; James M., Meyer; Charles R. Method and apparatus for rapid automatic engagement of a probe // US Pat 7665349 February 23, 2010.
3. Быков В.А. и др. "Сканирующий зондовый микроскоп" // Патент RU 2159454 С от 20.11.2000.3. Bykov V.A. and other "Scanning probe microscope" // Patent RU 2159454 C from 11.20.2000.
4. Быков В.А. "Сканирующий зондовый микроскоп" // Патент RU 2152063 С от 27.06.2000.4. Bykov V.A. "Scanning probe microscope" // Patent RU 2152063 C from 06.27.2000.
5. Abramovitch D., Andersson S., Pao L, Schitter G. "A tutorial on the Mechanisms, Dynamics, and Control of Atomic Force Microscopes" // Proceedings American Control Conference, New York, July 2007, pp.3488-3502.5. Abramovitch D., Andersson S., Pao L, Schitter G. "A tutorial on the Mechanisms, Dynamics, and Control of Atomic Force Microscopes" // Proceedings American Control Conference, New York, July 2007, pp.3488-3502 .
6. Соколов Д.Ю. "Зонд на основе кварцевого резонатора для сканирующего зондового микроскопа" // Патент RU 2297054 С от 10.04.2007.6. Sokolov D.Yu. "A probe based on a quartz resonator for a scanning probe microscope" // Patent RU 2297054 C of 04/10/2007.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149318/28A RU2497134C2 (en) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | Method of leading probe to sample for scanning probe microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149318/28A RU2497134C2 (en) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | Method of leading probe to sample for scanning probe microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011149318A RU2011149318A (en) | 2013-06-10 |
| RU2497134C2 true RU2497134C2 (en) | 2013-10-27 |
Family
ID=48784531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011149318/28A RU2497134C2 (en) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | Method of leading probe to sample for scanning probe microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2497134C2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02262001A (en) * | 1989-04-03 | 1990-10-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Piezoelectric-element driving type probe apparatus and driving method thereof |
| US6845655B2 (en) * | 2003-03-17 | 2005-01-25 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Heterodyne feedback system for scanning force microscopy and the like |
| US7098678B2 (en) * | 1999-09-20 | 2006-08-29 | Europaisches Laboratorium Fur Molekularbiologie (Embl) | Multiple local probe measuring device and method |
| CN1912573A (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-14 | 中国科学院电工研究所 | Digital closed-loop scanning control system of scanning probe microscope |
| RU2334214C2 (en) * | 2002-07-04 | 2008-09-20 | Юниверсити Оф Бристоль | Scanning probing microscope |
| US7665349B2 (en) * | 2005-04-12 | 2010-02-23 | Veeco Instruments Inc. | Method and apparatus for rapid automatic engagement of a probe |
| US20110016592A1 (en) * | 2007-11-30 | 2011-01-20 | Nanofactory Instruments Ab | Iterative feedback tuning in a scanning probe microscope |
-
2011
- 2011-12-05 RU RU2011149318/28A patent/RU2497134C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02262001A (en) * | 1989-04-03 | 1990-10-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Piezoelectric-element driving type probe apparatus and driving method thereof |
| US7098678B2 (en) * | 1999-09-20 | 2006-08-29 | Europaisches Laboratorium Fur Molekularbiologie (Embl) | Multiple local probe measuring device and method |
| RU2334214C2 (en) * | 2002-07-04 | 2008-09-20 | Юниверсити Оф Бристоль | Scanning probing microscope |
| US6845655B2 (en) * | 2003-03-17 | 2005-01-25 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Heterodyne feedback system for scanning force microscopy and the like |
| US7665349B2 (en) * | 2005-04-12 | 2010-02-23 | Veeco Instruments Inc. | Method and apparatus for rapid automatic engagement of a probe |
| CN1912573A (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-14 | 中国科学院电工研究所 | Digital closed-loop scanning control system of scanning probe microscope |
| US20110016592A1 (en) * | 2007-11-30 | 2011-01-20 | Nanofactory Instruments Ab | Iterative feedback tuning in a scanning probe microscope |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| I.M. Malovichko. Phase Compensating Inverse Dynamics Method for High Speed AFM Imaging // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2011, Vol.75, No.1, pp.9-11. * |
| В.Л. Миронов. Основы сканирующей зондовой микроскопии. - Российская академия наук. Институт физики микроструктур, 2004, с.8-9, фиг.1. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011149318A (en) | 2013-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102341670B (en) | Film thickness measurement device and measurement method | |
| JPWO2010146928A1 (en) | Substrate coating device | |
| US10564180B2 (en) | Scanning probe microscope using gradual increases and decreases in relative speed when shifting and reciprocating the scanned probe across a sample | |
| CN104931218A (en) | System of modal vibration mode of non-contact measuring flexible structure | |
| US7509844B2 (en) | Atomic force microscope technique for minimal tip damage | |
| CN106546368A (en) | A kind of method for characterizing film residual stress | |
| RU2497134C2 (en) | Method of leading probe to sample for scanning probe microscope | |
| JP2010210609A (en) | Approach method for probe and sample in scanning probe microscope | |
| US8234913B2 (en) | Higher harmonics atomic force microscope | |
| Xu et al. | Broadband measurement of rate-dependent viscoelasticity at nanoscale using scanning probe microscope: Poly (dimethylsiloxane) example | |
| AU2021101606A4 (en) | Load control method of indenter based on fuzzy predictive control and system thereof | |
| JP4571554B2 (en) | Method of measuring distance between probe and sample surface of scanning probe microscope and scanning probe microscope | |
| CN111257647B (en) | Soft contact implementation method for measuring and calibrating dielectric constant of near-field microwave microscope | |
| US9921242B2 (en) | Automated atomic force microscope and the operation thereof | |
| JP5465045B2 (en) | Hydraulic reduction control device, adjustment method and control program for hydraulic reduction control device | |
| JP2009247088A (en) | Stage-positioning device | |
| EP3308172B1 (en) | Scanning probe system with two prove drivers | |
| JP2008032540A (en) | Surface shape measuring apparatus and method for detecting anomaly of stylus load | |
| JP7198631B2 (en) | Shape measuring device and shape measuring method | |
| JP2007101288A (en) | Measuring condition setting method in measurement of sample using scanning probe microscope | |
| TW201607741A (en) | Hydraulic pressure control device, adjustment method and control program of hydraulic pressure control device | |
| CN104950142A (en) | Method for measuring vibration characteristic of cantilever and device for measuring vibration characteristic of cantilever | |
| CN106019179B (en) | A kind of quick locking method of CPT magnetometers | |
| JP4022391B2 (en) | Probe drawing apparatus and method, and insulation characteristic evaluation apparatus | |
| JP5283038B2 (en) | Control device, atomic force microscope, control method and program |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151206 |