✅ Успешно разработана методика измерения вертикальных стенок

Специалисты «Активной Фотоники» продолжают совершенствовать 3D-AFM методики - это способы сканирования, позволяющие получать топографию и другие характеристики не только на горизонтальных, но и на вертикальных участках поверхности.

🔹 Проблема вертикальных стенок давняя и трудноразрешимая. Ученые давно научились исследовать профиль горизонтальных наноразмерных поверхностей. И последние два десятка лет лишь подступаются к исследованию вертикальных – ступенек, канавок, траншей, бугорков. Как правило, для этого используются зонды атомно-силового микроскопа различной формы.

🔹 Наш зонд представляет собой специально выращенный углеродный «усик». Он цилиндрической формы, а на его свободном конце – простое скругление. Длина такого «усика» около 500 нм, диаметр 100 нм. Для измерения вертикальных стенок мы раскачиваем кантилевер на его первом крутильном резонансе. Амплитуда крутильных колебаний кантилевера поддерживалается с помощью обратной связи по оси X пьезосканера, и развертка картинки проводится по осям Z и Y.

🔹 Мы ставили задачу получить топографию вертикальной стенки решетки TGZ03 (500 нм). Предварительно мы изучили научную литературу о 3D-AFM методах и не нашли ни одного изображения вертикальной стенки, которое бы не вызывало вопросов: на детализированных изображениях топографии проступают шумы и вибрации, повторы одинаковых участков, которые можно принять за артефакты зонда и тому подобное.

🔹 Первые успешные результаты мы получили на плохом, некачественном образце решетки TGZ03. Ее стенки были далеки от вертикальности: типичные углы наклона составляли около 60 градусов. На стенках видны крупные артефакты и даже ступеньки, Рисунки 1, 2.

🔹 Затем перешли на более качественный образец TGZ03 без артефактов на боковых стенках, обнаруживаемых обычным, то есть горизонтальным сканированием. Сначала мы увидели некую периодическую структуру на стенке с периодом вдоль стенки примерно 130 нм и высотой несколько нанометров. Структура не была полностью повторяемой, что позволило нам утверждать, что это не артефакт зонда.

🔹 Хотя для «ощупывания» поверхности использовалась боковая стенка не слишком острой иглы-«усика», мы смогли различить тонкую структуру стенки. Подчеркнем, что так как одной из главных задач 3D-AFM является точное определение углов наклона вертикальной поверхности на ее различных уровнях, для построения изображения мы использовали сигналы емкостных датчиков положения пьезосканера. Развертка сканирования проводилась в режиме YZ-closed loop. Для регистрации топографии использовали X-датчик.

🔹 Полученная в итоге картинка 500x250 нм справа на Рис. 3 дает представление о топографии боковой стенки, и заметим, что в аналогичных условиях она бы считалась весьма неплохим результатом даже для обычного «горизонтального» сканирования. Рисунок 3.

☝ Это позволяет нам утверждать, что использование колеблющегося цилиндрического углеродного «усика» в качестве зонда со скруглением на конце дает возможность успешно исследовать топографию вертикальных поверхностей в наноразмерном масштабе и получать визуальную информацию об образцах, в том числе о частичках размером 1-2 нм.