Các công cụ cốt lõi cần thiết để hiệu chuẩn đầu dò AFM bao gồm các mẫu chuẩn, hệ thống căn chỉnh bằng laser, thiết bị kiểm soát môi trường và phần mềm hiệu chuẩn; Nói chung, những công cụ này đảm bảo tính chính xác và khả năng tái tạo của các phép đo ở kích thước nano.
I. Mẫu chuẩn: Cung cấp tài liệu tham khảo vật lý có thể truy nguyên
Các mẫu chuẩn đóng vai trò là "thước đo" hiệu chuẩn, được sử dụng để xác minh và hiệu chỉnh các thông số khác nhau của hệ thống AFM.
1. Mẫu hiệu chỉnh chiều cao trục Z-
Tiêu chuẩn hướng TGZ Series Z-(ví dụ: TGZ1): Có chiều cao bước đã biết (20,0 ± 1,5 nm) và được sử dụng để điều chỉnh độ lợi và độ tuyến tính của máy quét áp điện trục Z-.
Si(111) Các bước silicon đơn{1}}tinh thể: Có bề mặt phẳng nguyên tử với chiều cao bước lý thuyết là 0,19 nm, khiến chúng phù hợp với việc hiệu chuẩn độ nhạy trục Z-có độ chính xác cực cao-Z-.
2. Mẫu hiệu chỉnh máy quét trục XY-
Tiêu chuẩn cách tử tam giác TGG1: Có chu kỳ 3 ± 0,05 μm và được sử dụng để phát hiện các điểm phi tuyến quét ngang, biến dạng góc và để mô tả đặc tính đầu.
Mảng trụ vuông bàn cờ TGX1: Cấu trúc tuần hoàn 2D có khả năng hiệu chỉnh toàn diện kích thước pixel và biến dạng máy quét theo cả hai hướng X và Y.
3. Mẫu đánh giá hình dạng đầu tip
TGT1 3Tiêu chuẩn hiệu chỉnh đầu tip: Chứa các rãnh sâu và các cạnh sắc, được sử dụng để tái tạo cấu hình đầu tip và xác định các hiệu ứng tích chập hình ảnh do đầu tip bị cùn hoặc bị nhiễm bẩn.
Tiêu chuẩn bước kim tự tháp SHS Series (50–100 nm): Được sử dụng để đánh giá độ phân giải bên và ảnh hưởng của các thành bên của đầu dò.
Mẹo sử dụng: Các mẫu chuẩn phải được bảo quản ở môi trường khô ráo,{0}}không có bụi; tránh chạm vào bề mặt để tránh trầy xước hoặc nhiễm bẩn.
II. Hệ thống laser và bộ tách sóng quang: Cho phép chuyển đổi chính xác tín hiệu lực
AFM phát hiện độ lệch của công xôn bằng nguyên lý phản xạ tia laser; hệ thống này yêu cầu căn chỉnh chính xác để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu.
Bộ phát Laser: Phát ra chùm tia tập trung vào vùng phản chiếu của đầu dò. Bốn-Điốt quang góc phần tư (PSPD): Nhận ánh sáng phản xạ và chuyển đổi độ lệch nhỏ của công xôn thành tín hiệu điện.
Cơ chế căn chỉnh tia laser: Điều chỉnh thủ công hoặc tự động vị trí tia laser để đảm bảo điểm laser nằm trong vùng tối ưu ở phía sau của công cụ đúc hẫng.
Chỉ số quan trọng: Cường độ tín hiệu phải được điều chỉnh ở trên 80% toàn thang đo để tránh bão hòa tín hiệu hoặc tỷ lệ nhiễu tín hiệu-trên-nhiễu (SNR) quá thấp.
III. Công cụ kiểm soát môi trường: Loại bỏ sự can thiệp từ bên ngoài
AFM cực kỳ nhạy cảm với môi trường và cần có thiết bị chuyên dụng để duy trì điều kiện hoạt động ổn định.
Bảng cách ly rung: Cô lập các rung động trên mặt đất để đảm bảo độ ổn định hình ảnh ở cấp độ nguyên tử.
Buồng nhiệt độ và độ ẩm không đổi (hoặc Hệ thống HVAC trong phòng thí nghiệm): Kiểm soát nhiệt độ trong khoảng 20–25 độ và độ ẩm trong khoảng 40%–60% để giảm thiểu trôi nhiệt và hấp phụ độ ẩm.
Vỏ che chắn điện từ: Ngăn chặn các trường điện từ bên ngoài cản trở việc thu tín hiệu.
-Hệ thống nối đất điểm: Tránh tạo ra tiếng ồn do vòng lặp nối đất gây ra.
Lưu ý: Sự dao động nhiệt độ chỉ 1 độ có thể gây ra hiện tượng trôi nhiệt đáng kể, ảnh hưởng đến độ chính xác của các lần quét trong thời gian dài.
IV. Công cụ phụ trợ và vật tư tiêu hao: Hỗ trợ vận hành và bảo trì
|
Tên công cụ |
Mô tả chức năng |
|
Nhíp (Không{0}}có từ tính) |
Được sử dụng để lắp đặt đầu dò; ngăn chặn sự tiếp xúc của ngón tay với công xôn, do đó tránh được ô nhiễm hoặc hư hỏng. |
|
Gạc Ethanol / Vải-không có xơ |
Dùng để làm sạch bệ mẫu và kẹp, ngăn ngừa bụi cản trở quá trình quét. |
|
Súng thổi khí nitơ |
Dùng để loại bỏ các hạt cặn bám trên bề mặt mẫu, tránh làm trầy xước đầu dò. |
|
Hộp chứa (Máy hút bụi hoặc Máy hút ẩm) |
Được sử dụng để lưu trữ các mẫu chuẩn và đầu dò dự phòng, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và nhiễm bẩn. |
V. Phần mềm hiệu chuẩn và thuật toán: Tính toán tham số và bù lỗi
Các AFM hiện đại được trang bị phần mềm chuyên dụng để tự động hóa quá trình hiệu chuẩn:
Mô-đun hiệu chỉnh độ nhạy: Tính toán độ nhạy đòn bẩy quang học nghịch đảo (InvOLS) dựa trên đường cong khoảng cách lực-.
Thuật toán hiệu chỉnh phi tuyến tính của máy quét: Tạo bảng hiệu chỉnh ánh xạ pixel- cho trục X và Y dựa trên hình ảnh của các mẫu hiệu chuẩn tiêu chuẩn.
Thuật toán giải mã: Tái tạo hình dạng của đầu dò từ hình ảnh thu được để điều chỉnh việc mở rộng hình ảnh do mài mòn đầu dò (cùn). Chức năng bù lệch: Theo dõi-thời gian thực các thay đổi vị trí mẫu để nâng cao-độ ổn định hình ảnh lâu dài.
Tuân thủ tiêu chuẩn: Chúng tôi khuyên bạn nên tham khảo ASTM E2546-18, "Hướng dẫn tiêu chuẩn về hiệu chuẩn và vận hành kính hiển vi lực nguyên tử" để hiệu chuẩn hệ thống.
