Удосконалено методи та засоби калібрування для вимірювальних растрових електронних мікроскопів (РЕМ), що дозволяє підвищити точність оцінювання метрологічних характеристик (МХ) у процесі виконання процедури калібрування РЕМ для забезпечення вимірювання лінійних розмірів у нанометровому діапазоні, зокрема, в субдіапазоні від 10 nm до 100 nm. Запропоновано новий метод калібрування РЕМ поетапним наближенням. Розроблено узагальнену модель вимірювального сигналу одержаного на РЕМ, складовими якої є вимірювальна, емпірична і ідеалізована, сумісний розгляд яких дозволяє одержати точні оцінки MX РЕМ та обчислити їх розширену невизначеність. Розроблено методику оцінювання розширеної невизначеності результату оцінювання MX РЕМ. Запропоновано використання швидкості розповсюдження поверхневих акустичних хвиль під час відтворення довжини та розроблено стандартний зразок для калібрування РЕМ у нанометровому діапазоні.

Зазначено, що рух кінчика вістря вивчався за допомогою методу молекулярної динаміки, а рух усього кантилевера - за допомогою теорії катастроф. Розроблено методику комп'ютерної побудови зображень поверхонь з дефектами в атомно-силовому мікроскопі у режимах постійної сили та висоти сканування. Вивчено вплив радіуса вістря та режимів на роздільну здатність і контраст зображень. Досліджено механізми деформацій кінчика вістря, визначено критичні висоти сближення та сили сканування. Мікросистему "тримач кантилевера - кантилевер - вістря - поверхня" запропоновано розглядати як адгезійну і фрикційну машини катастроф. Детально вивчено явища "стрибків до контакту" та "прилипання - ковзання". Розраховано величини стрибків вістря та сили, виявлено причини нестійкого руху. Встановлено критерії руху без стрибків, одно- та багатократних ковзань. Для запобігання руйнування вістрь запропоновано безкатастрофні та беззносні режими сканування.

Проаналізовано основні складові невизначеності під час калібрування растрових електронних наноскопів в нанометровому діапазоні вимірювання та визначено шляхи підвищення точності калібрування, побудови альтернативних стандартних зразків із меншою невизначеністю нормованих параметрів.

Проаналізовано зміну збільшення й розрізнення кріогенного польового іонного мікроскопа у разі зменшення розмірів зразків у нано- і субнанометрових діапазонах. Встановлено аномальне екстразбільшення польових іонних зображень та покращання межі розрізнення. Визначено атомну будову елементарних вуглецевих нанотрубок за допомогою створеної методики з субангстремним розрізненням. Зазначено, що субнанотрубки стабільні у вигляді пентагональних призм з прямокутними елементарними комірками на бічних гранях. Доведено оборотні стереоконформаційні перетворення вуглецевих ланцюжків і пряме динамічне зображення атомів у процесі даних перетворень за результатами досягнення межі розрізнення в далекій субангстремній області.

Проведено теоретичне й експериментальне дослідження взаємодії поля ближньопольових зондів з діелектричними об'єктами складної структури з малими втратами та розв'язано зворотні задачі ближньопольового зондування таких об'єктів. Запропоновано алгоритм для розв'язання широкого класу зворотних задач ближньопольової мікрохвильової мікро- та інтроскопії. За його допомогою на основі експериментальних даних вперше одержано зображення зрізів приповерхневого шару тестового об'єкта з об'ємними неоднорідностями. Розроблено ближньопольовий мікрохвильовий мікроскоп нової конструкції - з активним зондом, реалізовано два його варіанти: на основі λ/4 резонатора та на основі кільцевого коаксіального резонатора. Запропоновано метод підвищення чутливості мікроскопа генераторного типу за рахунок виведення його у квазіперіодичний режим з високою крутизною характеристики при взаємодії з зовнішнім джерелом сигналу. Створено широкосмуговий НВЧ мікроскоп на основі лінійного багатомодового коаксіального резонатора. Подано новий тип модуляційної схеми автопідстройки на основі керованого резонатора та НВЧ генератора з фіксованою частотою. Вперше використано мікрозонди апертурного типу, що дозволило підвищити інформативність сигналу в процесі дослідження об'єктів з об'ємними неоднорідностями. Запропоновано метод підвищення роздільної здатності візуалізації прихованих дефектів у ближньопольовій НВЧ мікроскопії.

Досліджено процес взаємодії зонда зі зразком і розроблено математичну модель рівняння вимірювання розмірів на атомно-силовому мікроскопі, в якій враховуються похибки, що виникають в процесі взаємодії зонда та зразка. Розглянуто проблему виникнення переміщення вістря зонда під час нахилу осі сканувального зондового мікроскопа, одержано математичну модель впливу знайденого ефекту на точність вимірювання. Вдосконалено метод коригування параметрів неортогональності сканера. Розвинено метод сканування, який проводить вимірювання параметрів поверхні з кутом нахилу бічних стінок виступів менше кута нахилу твірної конуса зонда.

Предложена квантово-механическая модель рабочей зоны алмазного острия сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) в виде набора полубесконечных цепочек сферических потенциальных ям заданной глубины и радиуса. На основании предложенной модели выполнен расчёт туннельного тока в системе алмазное острие - поверхность зондового микроскопа. Поскольку топографический режим работы СЗМ, связанный с наномодификацией поверхности, требует наличия существенного взаимодействия зонда с поверхностью образца, при нахождении зависимости туннельного тока от параметров системы острие - образец СЗМ использовался непертурбативный подход. На основании исследования полученного выражения для туннельного тока установлена максимальная аппаратная погрешность измерения туннельного тока, при которой возможно наличие атомарного разрешения в режиме СЗМ-топографии.

Розглянуто елементи електронної та іонної оптики, будову та принципи дії просвічувального, растрового, тунельного, електронно-зондового мікроскопів та аналізаторів, формування зображення. Описано основи кінематичної та динамічної теорії контрастів, електронографічного аналізу монокристалічних, полікристалічних та аморфних зразків. Подано приклади застосування Фур'є-когерентного аналізу для обробки електронно-мікроскопічних зображень.

Запропоновано вдосконалену методику калібрування растрових електронних мікроскопів у діапазоні 10-9-10-6 м, яка забезпечує автоматичне визначення масштабного коефіцієнта відеозображення та ефективного діаметра електронного зонда. Запропонована методика дає змогу автоматизувати процес калібрування, підвищити його точність і забезпечити впровадження концепції невизначеності вимірювань.

Предложена усовершенствованная методика калибровки растровых электронных микроскопов в диапазоне 10-9-10-6 м, обеспечивающая автоматическое определение масштабного коэффициента видеоизображения и эффективного диаметра электронного зонда. Предложенная методика позволяет автоматизировать процесс калибровки, повысить ее точность и обеспечить внедрение концепции неопределенности измерений.

Proposed improvement of calibration method for scanning electron microscopes in range 10-9-10-6 m, which provides automatic estimations of videoimage scaling factor and effective diameter of electron probe. Proposed method allows automation of calibration process, improves its accuracy and provides implementation of measurement uncertainty concept.

Індекс рубрикатора НБУВ: В338.28

Рубрики:

Електронні і іонні мікроскопи

Шифр НБУВ: Ж16166 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто питання використання телевізійного сканувального оптичного мікроскопа для визначення прискорення руху різних динамічних мікрооб'єктів із застосуванням режиму слідкування за мікрооб'єктом і забезпеченням утримання його зображення в полі зору мікроскопа протягом всього часу вимірювань. Побудовано блок-схему алгоритму роботи мікроскопа та його структурно-функціональні схеми, які забезпечують роботу мікроскопа під час визначення прискорення руху динамічних мікрооб'єктів.

Проведено физико-математическое моделирование поверхности алмазоподобной углеродной (ta-C) пленки для области перехода sp<^>2/sp<^>3-фаз и представлены результаты ее исследования методом сканирующей туннельной микроскопии при использовании острия из полупроводникового монокристалла алмаза, легированного бором. Показано, что перепад высот в граничном слое sp<^>2/sp<^>3-фаз не связан с функциональными особенностями туннельного микроскопа. С использованием трех независимых методов проведен фрактальный анализ поверхности, контура и профиля сечения, и на основании этого подтвержден факт принадлежности поверхности к фрактальным броуновским. Показано, что площадь реальной исследуемой поверхности может значительно превышать площадь видимого контактного окна.

Індекс рубрикатора НБУВ: В338.28

Рубрики:

Електронні і іонні мікроскопи

Шифр НБУВ: Ж14159 Пошук видання у каталогах НБУВ 
Повний текст  Наукова періодика України 

Розвинуто мікроскопічний підхід, що дозволяє отримати точний розв'язок самоузгодженого рівняння для типу Ліппмана-Швінгера. Головна ідея підходу полягає в точному підсумовуванні нескінченного ряду ітераційної процедури для самоузгодженого інтегрального рівняння за допомогою діаграмної техніки. Запропонований метод дозволяє обчислювати картину розподілу ближнього поля для скануючої мікроскопії ближнього поля. А саме, цей метод може бути корисним при обчислюванні ближнього поля системи, що складається з об'єкту та малого зонду. Тоді зонд можна вважати квазі нуль-вимірним об'єктом. Таке припущення дозволяє брати до уваги процеси багаторазового розсіювання тільки всередині об'єкту та при взаємодії між об'єктом та зондом. Точний розв'язок для самоузгодженої системи рівнянь отримано в термінах ефективної сприйнятливості системи. Обговорюється застосування методу для розгляду програми визначення орієнтації великих молекулярних комплексів.

In the paper we adopt the analytical Landau - Ginzburg - Devonshire theory to describe the ferroelectric domain structure formation using Scanning Probe Microscopy. We calculate the effective local piezoresponse of the domain structure within the decoupling approximation using the conventional relation between piezoelectric tensor components and the spontaneous polarization vector. The depth profile of the polarization distribution was derived from the nonlinear Landau - Ginzburg - Devonshire equation. We demonstrate that depending on the material parameters such as the intrinsic domain wall width and probe apex geometry, the shape of the nucleating nanodomains induced by the probe can be either oblate or prolate. The derived analytical expressions for the polarization redistribution caused by the biased probe are valid for both first and second order ferroelectrics.

Ways of developing a scanning television microscope, which can be used for the investigation of biological microobjects, have been analyzed. The capabilities of the microscope are extended due to a raster formation in the television mode and little-frame mode. Ways of changing the raster size while maintaining the microobject image resolution have been proposed.

Two approaches to the interpretation of the data of magnetic force microscopy are considered. The first approach involves the reconstruction of the magnetization distribution in the researched samples on the base of an assumption about the magnetic state and the subsequent numerical magnetic force microscopy experiment. The second is related to an experimental data processing.

Високе розрізнення польового електронного емісійного мікроскопа, яке одержано нещодавно завдяки застосуванню високопольової методики виготовлення атомних ланцюжків, може бути використане для прямого спостереження внутрішньоатомної електронної будови. У кріогенному мікроскопі одержано зображення просторових конфігурацій атомних орбіталей, що відповідають квантовим станам атома на кінці вуглецевих атомних ланцюжків. Одержаний результат демонструє можливість візуалізації основних аспектів квантової механіки і може сприяти виникненню та розвитку нових підходів у галузі нанотехнологій.

The light emission spectra of individual Au nanoparticles induced by a scanning tunneling microscope (STM) have been investigated. Two-dimensional ensembles of tunnel-coupled Au particles were prepared by thermal evaporation onto a native oxide silicon wafer in ultrahigh vacuum (10^-9 mbar). Our STM measurements show a single peak at photon energy 1,6 eV in the tunneling mode and two peaks at 2,2 eV (connected with the Mie plasmon) and 1,45 eV (a new peak which was not discussed in literature before) in the field emission mode.

Проаналізовано шляхи підвищення швидкодії формування освітлювального растра в сканувальному телевізійному оптичному мікроскопі. Растр формується за допомогою цифро-аналогового методу з використанням прецизійного перетворювача напруга-струм (ПНС). Широкі функціональні можливості мікроскопа за рахунок формування растра змінних розмірів, змінної роздільної здатності та зміщення зменшеного растра в довільну точку екрана електронно-променевої трубки вимагають контролювати час виведення світного сканувального променя в точку з заданими координатами та заданою точністю. Запропоновано апаратний варіант збільшення швидкодії, який надасть змогу значно скоротити час формування сканувального растра в дискретному режимі. Для забезпечення високої точності перетворення вхідної напруги на струм котушок відхилювальної системи ПНС виконано за схемою підсилювача постійного струму з глибоким від'ємним зворотним зв'язком за струмом. Сигнал від'ємного зворотного зв'язку формується на прецизійному резисторі, ввімкненому послідовно з індуктивним навантаженням. Індуктивним навантаженням є навої індуктивності відхилювальної системи. Точність перетворення вхідної напруги в струм навантаження визначається загальним коефіцієнтом підсилення без урахування дії від'ємного зворотного зв'язку. Як правило, коефіцієнт підсилення перевищує 1000, а коефіцієнт передачі ПНС є близьким до одиниці. Залежно від амплітуди вхідного сигналу підсилювальні каскади ПНС можуть працювати як в лінійному режимі, так і в режимі насичення. Останній режим виникає внаслідок розриву петлі зворотного зв'язку через велику різницю амплітуд вхідного сигналу тп сигналу від'ємного зворотного зв'язку. Наведено аналітичні вирази, які надають змогу визначити час встановлення струму в індуктивному навантаженні з заданою точністю. Запропоновано активний режим роботи сканувального телевізійного оптичного мікроскопа. Суть активного режиму роботи полягає в тому, що код наступної координати світного сканувального променя винадається через час, який визначається часом перехідного процесу встановлення струму в індуктивному навантаженні з заданою точністю та тривалістю імпульсу підсвічування. Запропоновано дві структурні, які в активному режимі роботи формують імпульси нормованої величини, тривалість яких дорівнює тривалості перехідного процесу встановлення струму в індуктивному навантаженні. Розроблено структурну схему сканувального телевізійного оптичного мікроскопа, яка враховує тривалість перехідного процесу встановлення світного сканувального променя за різних режимів роботи мікроскопа.

Цифровим РЕМ-зображенням внаслідок різноманітних фізичних факторів роботи растрових електронних мікроскопів притаманні значні геометричні спотворення. Мета дослідження - встановлення та ефективне врахування геометричних спотворень для підвищення точності одержання просторових кількісних параметрів мікроповерхонь об'єктів, які досліджуються за допомогою РЕМ. Завдання це є вкрай важливим, особливо тепер, зокрема, за потреби контролю технологічних процесів виробництва на мікронному та субмікронному рівнях у машинобудуванні, мікроелектроніці та багатьох інших. Це, своєю чергою, надає змогу одержувати необхідні технологічні властивості різноманітних об'єктів, а отже, підвищувати їх надійність та ефективність. Для встановлення та дослідження цифрових РЕМ-зображень, одернжаних на РЕМ JSM 7100F використано спеціальний тест-об'єкт (голографічна тест-решітка) з роздільною здатністю r = 1425 лін/мм. Цифрові РЕМ-зображення одержано на діапазоні збільшень від 2000<^>x до 40 000<^>x. Опрацювання (вимірювання) цифрових РЕМ-знімків виконано за допомогою спеціальних підпрограм "Test-Measuring" і "Polycalc" програмного комплексу "Dimicros". Одержані лінійні (масштабні) і нелінійні (дисторсійні) складові геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, зокрема, дійсні значення збільшень РЕМ-зображень тест-об'єктів показали, що їх відхилення від встановлених значень за шкалою РЕМ становлять: уздовж осі x знімка - від приблизно -1 % (за M<^>x від 2000<^>x до 5000<^>x) до +2,5 - 4 % (за M<^>x від 7500<^>x до 40 000<^>x), а вздовж осі у знімка - від 0 - +1 % (за M<^>x від 2000<^>x до 5000<^>x) до +3 - 4 % (за M<^>x від 7500<^>x до 40 000<^>x). Точність вимірів M<^>x