Минск
Alexander S. Kravchuk
Minsk
Минск
Anzhelika I. Kravchuk
Minsk
Рассмотрены проблемы наноизмерений рельефа поверхности при экспериментальных исследованиях её разрушения под действием внешнего физического процесса, например эрозии поверхности твёрдого тела под действием мощных пучков заряженных частиц в различных внешних условиях, либо в условиях трения двух поверхностей. В настоящее время результаты измерений рельефа поверхности образцов в нанометровом диапазоне имеют вероятностный характер и не могут считаться надёжными и достоверными, если не указаны параметры неровностей поверхности образца и зонда, углы при вершине зонда и наклона кантилевера, а также наилучшее разрешение (наименьший шаг) измерений. Для повышения надёжности измерений рельефа поверхности с помощью атомно-силовых микроскопов необходимо в несколько раз повысить точность изготовления зондов, а также использовать зонды с наименьшим возможным углом при вершине. Кроме того, необходимо внести изменения в конструкцию микроскопов, в частности предусмотреть автоматический поворот предметного стола, чтобы направление оси зонда было близким к нормали к средней плоскости образца, а также геометрически увеличить длину консоли микроскопа, чтобы её основание было расположено за пределами образца. Предложено достаточное условие определения надёжности измерений рельефа поверхности образца методом атомно-силовой микроскопии для относительно небольших углов наклона кантилевера. Создана простая геометрическая модель определения нелокального контакта зонда и шероховатой поверхности. Установлена связь между основными геометрическими параметрами шероховатости поверхности, геометрическими отклонениями зонда, углов наклона кантилевера и наклона боковых граней зонда, а также размерами нелокальной точки вероятного контакта его боковых граней с выступами шероховатости. В качестве достаточного условия надёжности указанных измерений методом атомно-силовой микроскопии принято очевидное требование малости отношения размеров нелокальной точки к расстоянию между соседними нелокальными точками.
A sufficient condition for determining the reliability of geometry measurements using atomic force microscopy for relatively small cantilever tilt angles is proposed. A relationship between the basic geometric parameters of surface roughness, geometric deviations of the probe, the angles of the cantilever and the inclination of the side faces of the probe, as well as the dimensions of the nonlocal point of the probable contact of its side faces with protrusions of roughness has been established. As a sufficient condition for the reliability of geometry measurements using atomic force microscopy, an obvious requirement is accepted. It determines the smallness of the ratio of the sizes of a nonlocal point to the distance between neighboring nonlocal points. Publications in which the measurement of surface nano-geometry of the samples does not indicate the roughness of the sample surface and the probe, the angles at the tip of the probe and the tilt of the cantilever, as well as the best resolution (smallest step) at which the study is carried out, cannot be accepted as reliable, because the results obtained in them are probabilistic in nature. The surface images obtained using atomic force microscopy without proper justification for the resolution (value of the measurement step) represent only a qualitative picture, on the basis of which it makes no sense to carry out any computational manipulations. In order to increase the reliability of measurements of surface geometry using atomic force microscopy, it is necessary to radically increase the accuracy of the manufacture of probes, as well as use probes with the smallest possible angle at the apex. In addition, it is necessary to make changes in the design of the atomic force microscopy. In particular, the automatic rotation of the microscope stage should be designed. It should provide closeness the probe axis direction to the normal to the average plane of the sample. This “integral” angle of rotation of the microscope stage is easily iteratively determined at the stage of preliminary investigation of the geometry of the surface of the sample. In this case, it will be necessary to geometrically increase the length of the cantilever so that the base extends beyond the limits of the sample.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.