Программа опережающей профессиональной переподготовки в области метрологического обеспечения измерений размеров в нанодиапазоне (стр. 12 )

Измерительные методики. Контактный квазистатический и полуконтактный колебательный методы - в лекции рассматриваются основные методы АСМ, в частности, однопроходные и многопроходные методы, зондовая нанолитография. Детально обсуждается контактный и полуконтактный методы работы АСМ (измерение рельефа поверхности методом постоянной высоты и методом постоянной силы). Рассматривается закон Гука для кантилевера АСМ. Обсуждаются вопросы трения на микро - и наномасштабе между зондом и поверхностью исследуемого образца (метод латеральных сил). Проводится сравнительный анализ достоинств и недостатков контактного и полуконтактного методов. Дается представление о бесконтактном методе работы АСМ.

Предельное разрешение АСМ - в ходе лекции у слушателя формируется представление о влиянии упругих деформаций на предельное разрешение АСМ. Подробно обсуждается эффекты уширения профиля и занижения высот, а также влияние радиуса закругления зонда и угла раствора конуса на получаемый рельеф поверхности. Вводится понятие конволюция формы зонда с рельефом поверхности.

Атомно-силовой микроскоп как средство измерений - в лекции обсуждаются вопросы привязки измеряемых линейных размеров к первичному эталону длины – метру. Слушатели получают представление о действующих ГОСТах, регламентирующих проведение калибровки и поверки АСМ (ГОСТ Р 8.635-2007, ГОСТ Р 8.630-2007). Проводится сравнительный анализ современных линейных мер и калибровочных структур для атомно-силовых микроскопов.

После прослушивания лекций базового модуля и прохождения процедуры контроля знаний у слушателя формируется общее представление о механизмах взаимодействия зонда АСМ с поверхностью исследуемых образцов и принципах работы атомно-силовых микроскопов.

Практические приемы работы на атомно-силовом микроскопе - в ходе практической работы слушатель знакомится с основными узлами АСМ и управляющей программой микроскопа, обучается установке зондовых датчиков, методам подготовки образцов. Рассматриваются различные конфигурации АСМ (сканирование образцом, сканирование зондом) и особенности юстировки оптической системы регистрации в данных конфигурациях. Рассматриваются факторы, обуславливающие выбор скорости подвода зонда к образцу и скорости сканирования.

Контактный квазистатический метод работы АСМ – слушатель получает практические навыки работы в контактном квазистатическом методе АСМ. Отдельно рассматриваются вопросы выбора параметров обратной связи в контактном методе работы АСМ, а также интерпретации зависимости сигнала DFL от смещения кантилевера вдоль вертикальной оси.

Полуконтактный колебательный метод работы АСМ - слушатель получает практические навыки работы в полуконтактном колебательном методе АСМ. Отдельно рассматриваются вопросы выбора параметров обратной связи в полуконтактном методе работы АСМ, а также интерпретации зависимости сигнала MAG от смещения кантилевера вдоль вертикальной оси. Обсуждается использование синхронного, RMS и фазового детекторов для обработки переменного сигнала DFL.

Калибровка атомно-силового микроскопа - слушатель получает практические навыки калибровки атомно-силового микроскопа с помощью линейной меры МШПС 2.0К и альтернативных калибровочных структур. Слушатель обучается определению эффективного радиуса кривизны зонда АСМ с помощью структуры TGT1.

Пробоподготовка и исследование тонких плёнок и гетероструктур - в ходе практической работы слушатель обучается проведению пробоподготовки для измерения шероховатости поверхности пленки, получает практические навыки выполнения измерений шероховатости поверхности согласно ГОСТ 2789-73 и ГОСТ Р 8.700-2010, выполняет сравнительный анализ полученных результатов.

Пробоподготовка и исследование наночастиц, нанотрубок, нанопорошков и ансамблей нанообъектов - в ходе практической работы слушатель получает практические навыки пробоподготовки нанообъектов, представление о принципах корректного выбора как параметров исследуемых нанообъектов, так и АСМ - методов исследования с учетом физической и химической адгезии нанообъектов к подложке.

Пробоподготовка и исследование нанокомпозитов, объемных наноструктурированных объектов, пористых наноматериалов - в ходе практической работы слушатель обучается пробоподготовке нанокомпозитов, объемных наноструктурированных объектов и пористых наноматериалов, в том числе, с использованием фокусированного ионного пучка. Слушатель получает практические навыки использования метода фазового контраста и метода латеральных сил для визуализации контраста изображения поверхности нанокомпозитов, объемных наноструктурированных объектов и пористых наноматериалов. Демонстрируется влияние плотности расположения объектов на разрешение АСМ.

Пробоподготовка и исследование наноструктурированных покрытий - в ходе практической работы слушатель обучается проведению пробоподготовки для измерения шероховатости поверхности наноструктурированных покрытий, получает практические навыки выполнения измерений шероховатости поверхности согласно ГОСТ 2789-73 и ГОСТ Р 8.700-2010, выполняет сравнительный анализ полученных результатов.

После выполнения практических занятий у слушателя формируются практические навыки измерения размерных параметров различного класса нанообъектов методами атомно-силовой микроскопии.

1.3.6 Программа учебного курса «Измерение размерных параметров методами механической профилометрии».

1.  Список тем лекционного курса. (Объем лекционного курса – 2 часа)

1.1 Темы лекций базового модуля.

№ лекции	Название/Тезисы
1	Принципы механической профилометрии и область применений.
Основные принципы механической (стилусной) профилометрии. Общее устройство механического профилометра. Измеряемые параметры, область применений. Юстировка и калибровка механического профилометра, обеспечение прослеживаемости измерений. Настройки профилирования и их влияние на размерные параметры исследуемых объектов. Математические методы обработки профилограмм.

1.2. Темы практических занятий по модулю «Методы механической профилометрии для измерения размерных параметров тонких пленок». (Объем модуля - 4 часа)

1

Измерение толщин тонких пленок

Методы изготовления и подготовки образцов с резкой ступенькой для измерения толщины тонкой пленки. Выбор предельного давления стилуса, скорости и длины сканирования. Выбор частоты дискретизации и направления профилирования. Максимально допустимые перепады высот профилируемых поверхностей. Обработка результатов измерений. Вычитание постоянного наклона и нелинейности сканера. Шумоподавление, сглаживание, определение средней толщины пленки и ошибки измерения. Учет краевых эффектов. Измерение параметров шероховатости и неоднородности поверхностей. Получение спектральных характеристик профилограмм.

1.3. Темы практических занятий по модулю «Методы механической профилометрии для измерения размерных параметров наноструктурированных покрытий». (Объем модуля - 4 часа)

1

Измерение однородности и шероховатости наноструктурированных поверхностей

Подготовка образцов. Максимальное латеральное и высотное разрешение. Исследование зависимости получаемых параметров от настроек профилирования. Выбор оптимальных параметров профилирования поверхности. Вычитание постоянного наклона и нелинейности сканера. Шумоподавление, сглаживание. Учет радиуса закругления иглы (стилуса). Измерение параметров шероховатости и неоднородности поверхностей. Получение спектральных характеристик профилограмм.

2.  Краткое описание актуальности заявленных тем.

Принципы механической профилометрии и объекты исследования – в ходе данной лекции рассматриваются основы механической профилометрии. Показывается, что механическая профилометрия может выступать в качестве экспрессного метода контроля размерных параметров. В лекции также рассматривается физические принципы работы и устройство типичного механического профилометра, определяющие область применения данного метода. Описываются основные измеряемые параметры и их зависимости от настроек профилирования. Рассматриваются вопросы обеспечения прослеживаемости измерений. Рассказывается о Фурье-анализе полученных профилограмм и статистической обработке результатов.

После прослушивания лекций базового модуля и прохождения процедуры контроля знаний у слушателя формируется общее представление о взаимодействии стилуса с исследуемым объектом, принципах работы механического профилометра, области применения данного метода.

Измерение толщин тонких пленок – в ходе занятия слушатель узнает о методах изготовления и подготовки образцов тонких пленок со ступенькой для измерения толщины. Особое внимание уделяется выбору предельного давления стилуса для предотвращения повреждения поверхности, показывается, как рассчитать давление и сравнить его с прочностью исследуемого материала. Так же рассматриваются вопросы влияния различных настроек сканирования на точность получемых результатов. В ходе занятия слушатель узнает, как корректно обработать полученные профилограммы: вычесть постоянный наклон и нелинейность сканера, определить среднее значение толщины пленки и ошибку измерения. Так же изучаются вопросы настроек фильтрации полученных данных и их Фурье-анализ и определение параметров шероховатости и неоднородности с учетом радиуса закругления стилуса профилометра.

Измерение однородности и шероховатости наноструктурированных поверхностей – в ходе занятия лекции слушатель знакомится с приготовлением образцов наноструктурированных поверхностей для исследования на механическом профилометре. При этом рассматриваются основные исследуемые параметры таких поверхностей и точность их определения данным методом. Так же изучается вопрос выбора оптимальной скорости сканирования и частоты дискретизации. В ходе занятия речь идет об обработке полученных профилограмм, в частности вычитание постоянного наклона и нелинейности сканера. Так же изучаются вопросы настроек фильтрации полученных данных и их Фурье-анализ и определение параметров шероховатости и неоднородности с учетом радиуса закругления стилуса профилометра.