Техника - молодёжи 2010-04, страница 17

XXI — век нано

На уровне и лучше

Возможности современной исследовательской аппаратуры определяются не только характеристиками её датчиков, но и алгоритмами, которые управляют датчиками и обрабатывают «добытую» ими информацию. Порой новая управляющая подсистема переводит уже существующий прибор на новый качественный уровень.

Именно такой эффект' производит новая разработка зеленоградской компании НТ-МДТ: универсальный цифровой контроллер, предназначенный для управления практически всеми типами производимых компанией сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ).

Что же может новый контроллер?

Конечно, увеличены его аппаратные возможности: вычислительная мощность, число подключаемых внешних устройств. Но главное - алгоритмы.

Алгоритм позволяет оператору СЗМ выбрат ь: работать ли ему на большом поле сканирования с относительно низким разрешением или - на малом поле с высоким разрешением. Раньше для этот нужны были два разных прибора.

Алгоритм автоматически регулирует параметры обратной связи. Что это значит? Это значит, что, например, при подводе 301ща к изучаемой поверхности программа сама ее «чувствует». И управляет приводами так, что зовд двигается быстро, пока поверхность ещё далеко, и медленно, аккуратно - когда она уже близко. В результате достигается очень высокая скорость сканирования - до 40 Гц.

Вообще, перемещение зонда по вертикали играет очень большую роль во всём процессе работы СЗМ. Ведь ее принцип состоит в том, что зонд подводится к изучаемой поверхности в данной точке до тех пор, пока не будет достигнуто установленное значение тестового сигнала. Сигналом может быть количество отражённых электронов, или туннельный ток, или сита притяжения к поверхности, или что-то другое - в зависимости от типа микроскопа. Потом зонд отводится назад и перемещается в следующую точку.

Новый алгоритм анализирует траекторию движения зонда и делает прогноз - где, приблизительно, окажется следующая точка измерения. Привод двигает зонд в эту область и уже в ней определяет истинное положение точки. В обычном случае ска

нер должен отвести зонд с больном запасом, потом плавно подводить его до тех пор, пока не будет достигнуто установленное значение сигнала. Большая часть времени при сканировании уходит именно на отведение/подведение зонда по вертикали.

Отметим, что скорость сканирования - решающий фактор при исследовании объектов, время жизни которых мало либо в которых происходят значительные изменения за короткое время. Кроме того, нод управлением нового алгоритма зонд в гораздо меньшей степени воздействует па поверхность образца, что позволяет работ ат ь с мягкими, легко разрушаемыми объектами. Выиграв значительное время за счёт отводов/подводов, получаем резерв времени для более тщательного измерения самих сигналов. Получается и более быстро, и более аккуратно, и более качественно.

Можно с уверенностью говорить, что новый контроллер находится на уровне самых лучших зарубежных устройств такого назначения, а по некоторым характеристикам и превосходит их.

Па рисунке; «Солвер ННКСТ», сканирующий зондовый микроскоп с максимальным уровнем автоматизации. Благодаря новому контроллеру, улучшены количественные характеристики - то, о чём написано выше. Кроме этого, новая электроника позволила сделать и качественный переход: сейчас можно рса-лизовывать сложные алгоритмы распознавания и анализа особенностей изображения прямо в ходе сканирования.

Дрожать, чтобы не разрушаться

После перемещения на 750 м. Слева - в обычных условиях; справа - в условиях эксперимента

Одна из известных проблем сканирующей зондовой микроскопии - быстрый износ каптилевера, которому приходится перемещаться на малом расстоянии от изучаемой поверхности. Мы уже писали о ней, например, в «ТМ» № 7, 9 за 2009 г. Решения предлагаются разные, и вот одно, на наш взгляд, очень нетривиальное.

Его предложили учёные из IBM. Они прикладывали переменное напряжение между кантилевером атомно-си-лового микроскопа и поверхностью образца. Кантилевер

с измерительной иглой начинал колебаться с амплитудой, применительно к копчику иглы, около одного нанометра. И при таком исчезающе малом движении получался чрезвычайно весомый результат: интенсивность износа снижалась до предела обнаружения, соответствующего потере одного атома (!) при перемещении датчика на один метр.

Опыты показали, что, преодолев расстояние в 750 м, датчик никак не изменил своих характеристик.

Трение было практически полностью исключено. Если учесть, что оно разрушает не только иглу, по и изучаемую поверхность, то перспективность предложенного подхода несомненна.

Источники: ЗАО НТ-МДТ, www.nanometer.ru

www. techn icq rnoloctezhi. ru