Skaningowe mikroskopy próbkujące (Scanning Probe Microscopy - SPM) są obecnie powszechnie używanym narzędziem niemal we wszystkich dziedzinach nauki i techniki, gdzie występuje potrzeba charakteryzacji struktur na poziomie atomów i molekuł. Prezentacja przedstawia najbardziej rozpowszechnione typy SPM - skaningowy mikroskop tunelowy (STM) oraz mikroskop sił atomowych (AFM), zbudowane jak modułowy system do pomiarów obiektów w z rozdzielczością atomową.

System przeznaczony jest do zastosowań dydaktycznych, w których istotna jest głównie prostota obsługi oraz do zastosowań naukowych, w których występuje potrzeba opracowania i zestawienia niestandardowego układu pomiarowego, zawierającego elementy i procedury zaprojektowane przez użytkownika.

Prostotę obsługi uzyskano m. in. poprzez:

• konstrukcję głowicy mikroskopu (rys.1a) umożliwiającą szybką zmianę belki pomiarowej (tryby pracy STM i AFM), zmianę piezoskanera (zakres i rozdzielczość skanowania), regulację w dwóch osiach położenia fotodiody pomiarowej oraz podgląd mierzonej próbki i belki pomiarowej (cantilevera) dwiema kamerami CCD,
• automatyzację zbliżania próbki do punktu uzyskania efektu prądu tunelowego (STM) lub zadanej wartości sił oddziaływania cantilever - próbka (AFM),
• zastosowania dodatkowego panela operatora (rys.1b) pozwalającego na łatwe strojenie układu optycznego mikroskopu poprzez naprowadzanie elementu światłoczułego na odbitą od cantilevera wiązkę światła laserowego.

 Rys. 1a. Widok głowicy mikroskopu STM/AFM

Rys. 1b. Widok panela operatorskiego mikroskopu STM/AFM

W zastosowaniach badawczych, w odróżnieniu od przyrządów konkurencyjnych, opisywany mikroskop STM/AFM charakteryzuje się otwartością konstrukcji polegająca na możliwości wprowadzania własnych metod i procedur pomiarowych, zarówno na poziomie sprzętowych układów elektronicznych jak i oprogramowania.

Sterownik mikroskopu wykorzystuje magistralę VME z wymiennymi modułami elektronicznymi realizującymi podstawowe funkcje urządzenia. Dostępne są także moduły zawierające jedynie układ FPGA stanowiący interfejs pomiędzy magistrala komunikacyjną a dedykowanym układem użytkownika. Umożliwia to sprzętową realizację np.: własnych pętli regulacji oraz układów kondycjonowania i pomiarów dodatkowych sygnałów. W części oprogramowania układy te są obsługiwane przez konfigurowalne i programowalne bloki funkcyjne.

Wysoką funkcjonalność zestawu mikroskopu STM/AFM przedstawiono na przykładzie charakteryzacji kropek kwantowych z InSa/GaAs (rys.2). Podczas pierwszego skanowania próbki usunięto zanieczyszczenia powstałe na skutek długotrwałego oddziaływania tlenu atmosferycznego (rys.2a). Dla pozbawionego zanieczyszczeń obszaru (rys.2b) wybrano trzy sąsiadujące kropki (rys.2c) i wykonano pomiar profilu powierzchni (rys.2d). Charakteryzację uzupełniono obrazami 3D w różnych powiększeniach (rys.2e,f).

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Rys. 2. Etapy charakteryzacji samozorganizowanych kropek kwantowych z InSa/GaAs wykonanych techniką MBE (Molecular Beam Epitaxy), opis w tekście

Szerokie możliwości zastosowań mikroskopu STM/AFM, szczególnie w badaniach materiałowych, technologiach elektronowych, nanotechnologiach, dopełniane są niskimi kosztami eksploatacji i serwisu.

• Legal notice:
  

  Copyright (c) Pielaszek Research, all rights reserved.
  The above materials, including auxiliary resources, are subject to Publisher's copyright and the Author(s) intellectual rights. Without limiting Author(s) rights under respective Copyright Transfer Agreement, no part of the above documents may be reproduced without the express written permission of Pielaszek Research, the Publisher. Express permission from the Author(s) is required to use the above materials for academic purposes, such as lectures or scientific presentations.
  In every case, proper references including Author(s) name(s) and URL of this webpage: https://science24.com/paper/22953 must be provided.

1. Microwave reactors for nanoparticle's synthesis
2. Microwave Solvothermal Technology (MSS) for nanoparticle synthesis
3. Nowe mikrofalowe reaktory do syntez nanocząstek - wybrane zagadnienia badawcze i przykłady zastosowań