ис. 42). Так як частота змушують коливань пьезотрубкі підтримується постійною і рівною? 0 у вільному стані, то при наближенні зонда до поверхні амплітуда його коливань зменшується і стає рівною A. Ця амплітуда коливань реєструється з другої половини пьезотрубкі.
Рис. 41. Принцип роботи п'єзоелектричної трубки в якості датчика силового взаємодії
Рис. 42. Зміна частоти коливань силового датчика при наближенні до поверхні зразка
Сканер
Спосіб організації мікропереміщень, що використовується в приладі NanoEducator, заснований на використанні затиснутою по периметру металевою мембрани, до поверхні якої приклеєна пьезопластінкі (Мал. 43 а). Зміна розмірів пьезопластінкі під дією керуючого напруги буде приводити до вигину мембрани. Розташувавши такі мембрани по трьох перпендикулярних сторонам куба і з'єднавши їх центри металевими направляючими, можна отримати трьох координатний сканер (Мал. 43 б).
Кожен п'єзоелемент 1, закріплений на гранях куба 2, може пересувати прикріплений до нього штовхач 3 в одному з трьох взаємно перпендикулярних напрямків - X, Y або Z при додатку до нього електричної напруги. Як видно з малюнка, всі три штовхача з'єднані в одній точці 4. З деяким наближенням можна вважати, що ця точка переміщається по трьох координатах X, Y, Z. До цієї ж точки прикріплюється стійка 5 з тримачем зразка 6. Таким чином, зразок переміщається за трьома координатами під дією трьох незалежних джерел напруги. У приладах NanoEducator максимальне переміщення зразка становить близько 50-70 мкм, що і визначає максимальну площу сканування.
Рис. 43. Принцип дії (а) і конструкція (б) сканера приладу NanoEducator
Механізм автоматизованого підведення зонда до зразка (захоплення зворотного зв'язку)
Діапазон переміщень сканера по осі Z складає близько10 мкм, тому перед початком сканування необхідно наблизити зонд до зразка на цю відстань. Для цього призначений механізм підвода, схема якого наведена на Рис. 44. Кроковий двигун 1 при подачі на нього електричних імпульсів обертає гвинт подачі 2 і переміщає планку 3 із зондом 4, наближаючи або віддаляючи його від зразка 5, встановленого на сканері 6. Величина одного кроку становить близько 2 мкм.
Рис. 44. Схема механізму підведення зонда до поверхні зразка
Так як крок механізму підведення значно перевершує величину необхідної відстані зонд-зразок в процесі сканування, то щоб уникнути деформації зонда його підвід здійснюється при одночасній роботі крокового двигуна і переміщенням сканера по осі Z за наступним алгоритмом:
Система зворотного зв'язку відключається і сканер втягується, тобто опускає зразок в нижнє крайнє положення:
. Механізм підведення зонда виробляє один крок і зупиняється.
. Система зворотного зв'язку включається, і сканер плавно піднімає зразок, одночасно проводиться аналіз наявності взаємодії зонд-зразок.
. Якщо взаємодія відсутня, процес повторюється з пункту 1.
Якщо під час витягування сканера вгору з'явиться ненульовий сигнал, система зворотного зв'язку зупинить рух сканера вгору і зафіксує величину взаємодії на заданому рівні. Величина силового взаємодії, при якому відбудеться зупинка підведення зонда, і відбуватиметься процес сканування, в приладі NanoEducator характеризується параметром AmplitudeSuppression (придушення амплітуди):
=A0 (1 Amplitude Suppression)
.2 Проведення СЗМ експерименту
Після виклику програми NanoEducator на екрані комп'ютера з'являється головне вікно (Мал. 45). Роботу починаю з пункту меню File і в ньому вибрати Open або New або відповідні їм кнопки на панелі інструментів. Вибір команди File? New означає перехід до проведення СЗМ вимірювань, а вибір команди File? Open означає перехід до перегляду і обробці раніше отриманих даних. Програма дозволяє здійснювати перегляд та обробку даних паралельно з вимірами.
Рис. 45. Головне вікно программиNanoEducator
Після виконання команди File? New на екрані з'являється вікно діалогу, яке дозволяє вибрати або створити робочий каталог, в який за замовчуванням будуть записуватися результати поточного вимірювання. У процесі проведення вимірювань всі отримані дані послідовно записуються у файли з іменами ScanData + i.spm, де індекс i обнуляється при запуску програми і нарощується при кожному новому вимірі. Файли ScanData + i.spm поміщаються в робочий каталог, який встановлюється перед початком вимірювань. Існує можливість вибору іншого робочого каталогу під час проведення вимірювань. Для цього необхідно натиснути кнопку, розташовану на панелі інструментів головного вікна програми.
Для збереження результатів поточного вимірювання натискаю кнопку SaveExperiment у вікні сканування. У вікні діалогу вибираю каталог і вказую ім'я файлу, при цьому файл ScanData + i.spm, який служить тимчасовим файлом...
