ення параметра Р постійним, рівним величині Ро, що задається оператором. Якщо відстань зонд - поверхня змінюється (наприклад, збільшується), то відбувається зміна (збільшення) параметра Р. В системі ОЗ формується різницевий сигнал, пропорційний величині? P=P - Po, який посилюється до потрібної величини і подається на виконавчий елемент ІЕ. Виконавчий елемент відпрацьовує даний різницевий сигнал, наближаючи зонд до поверхні або відсуваючи його до тих пір, поки різницевий сигнал не стане рівним нулю. Таким чином можна підтримувати відстань зонд-зразок з високою точністю. В існуючих зондових мікроскопах точність утримання відстані зонд-поверхня досягає величини ~ 0.01?. При переміщенні зонда уздовж поверхні зразка відбувається зміна параметра взаємодії Р, обумовлене рельєфом поверхні. Система ОС відпрацьовує ці зміни, так що при переміщенні зонда в площині X, Y сигнал на виконавчому елементі виявляється пропорційним рельєфу поверхні. Для отримання СЗМ зображення здійснюють спеціальним чином організований процес сканування зразка. При скануванні зонд спочатку рухається над зразком уздовж певної лінії (рядкова розгортка), при цьому величина сигналу на виконавчому елементі, пропорційна рельєфу поверхні, записується в пам'ять комп'ютера. Потім зонд повертається у вихідну точку і переходить на наступний рядок сканування (кадрова розгортка), і процес повторюється знову. Записаний таким чином при скануванні сигнал зворотного зв'язку обробляється комп'ютером, і потім СЗМ зображення рельєфу поверхні Z=f (x, y) будується за допомогою засобів комп'ютерної графіки. Поряд з дослідженням рельєфу поверхні, зондові мікроскопи дозволяють вивчати різні властивості поверхні: механічні, електричні, магнітні, оптичні та багато інших.
1.2 Сканирующие елементи зондових мікроскопів
Для роботи зондових мікроскопів необхідно контролювати робоча відстань зонд-зразок і здійснювати переміщення зонда в площині зразка з високою точністю (на рівні доль ангстрема). Це завдання вирішується за допомогою спеціальних маніпуляторів - скануючих елементів (сканерів). Скануючі елементи зондових мікроскопів виготовляються з пьезоелектріков - матеріалів, що володіють п'єзоелектричними властивостями. П'єзоелектрики змінюють свої розміри в зовнішньому електричному полі. Рівняння зворотного п'єзоефекту для кристалів записується у вигляді:
u ij=d ijk * Е до
де Uij - тензор деформацій, Ек - компоненти електричного поля, dijk - компоненти тензора п'єзоелектричних коефіцієнтів. Вид тензора п'єзоелектричних коефіцієнтів визначається типом симетрії кристалів. У різних технічних додатках широкого поширення набули перетворювачі з п'єзокерамічних матеріалів. П'єзокераміка являє собою поляризований полікристалічний матеріал, одержуваний методами спікання порошків з кристалічних сегнетоелектриків. Поляризація кераміки проводиться таким чином. Кераміку нагрівають вище температури Кюрі (для більшості п'єзокерамікою ця температура менше 300 ° С), а потім повільно охолоджують у сильному (порядку 3 кВ/см) електричному полі. Після охолодження п'єзокераміка має наведену поляризацію і набуває здатність змінювати свої розміри (збільшувати або зменшувати залежно від взаємного напряму вектора поляризації і вектора зовнішнього електрічеcкого поля). Основні характеристики використовуваних в техніці керамічних матеріалів можна знайти в книзі. П'єзокераміки являють собою п'єзоелектричні текстури. Вид тензора п'єзоелектричних констант для п'єзокерамікою істотно спрощується - відмінними від нуля є тільки три коефіцієнти d 33, d 31, d 15, що характеризують поздовжні, поперечні (по відношенню до вектора поляризації) і зсувні деформації. Розглянемо плоску пластину з пьзокерамікі (рис.2) в зовнішньому полі. Нехай вектор поляризації Р і вектор електричного поля Е спрямовані уздовж осі X. Тоді, позначаючи d? =D33 і d? =D31, одержуємо, що деформації п'єзокераміки в напрямку, паралельному полю, дорівнює Uxx=d? E x, а в перпендикулярному полю напрямку Urr=d? Ex. У скануючої зондової мікроскопії широкого поширення набули трубчасті пьзоелементи (рис.3). Вони дозволяють отримувати достатньо великі переміщення об'єктів при відносно невеликих керуючих напругах. Трубчасті п'єзоелементи являють собою порожнисті тонкостінні циліндри, виготовлені з п'єзокерамічних матеріалів. Зазвичай електроди у вигляді тонких шарів металу наносяться на зовнішню і внутрішню поверхні трубки, а торці трубки залишаються непокритими.
Рис.2. Пластина з п'єзокераміки в зовнішньому електричному полі.
Рис.3. Трубчастий п'єзоелемент.
Під дією різниці потенціалів між внутрішнім і зовнішнім електродами трубка змінює свої поздовжні розміри. У цьому випадку поздовжня деформація під дією радіального електричного поля може бути записана у вигля...
