非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)

関連製品: MFLIHF2LIUHFLI

ダイナミックフォース顕微鏡(DFM)としても知られる非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)は、
実空間でサブ原子レベルまで最高の顕微鏡分解能を歴史的に達成した AFM モードです。
計装の観点から、最高のパフォーマンスを目指しながら、次の3つの側面を考慮する必要があります。


  • 共振時の最急位相傾斜は、最高感度に直接関連しています
    NC-AFM 動作は、水晶または MEMS ベースのセンサなどの高 Q 共振器、
    または固有損失を制限する真空環境で最適に機能します。
  • 優れたサーボループエレクトロニクスを使用することでスピードアップを緩和
    High-Q とは、f / 2Q に比例する小さな共振器の自然帯域幅を意味し、
    適切なピクセル滞留時間を達成するために、最適化された位相ロックループ(PLL)が
    速度と解像度の最適なトレードオフを提供します。
    これは、振幅が安定するまでの時間が長くなり、位相が自由に変化できるタッピングモード
    または AM-AFM テクニックとは対照的です。
  • システムの線形化:定量的で正確な測定
    位相に加えて、振幅も同時に追跡でき、消散プロセスに関する追加情報を提供します。
    共振を注意深く追跡することにより、振幅測定が常にピークで実行されるため、
    定量分析のために最大の応答と一定のゲイン増幅が提供されます。


測定戦略

AFM プローブを機械的増幅器として見てみましょう。チップの振動運動は、堅牢で安定した共振器とともに小さなチップとサンプルの相互作用を畳み込み、したがって、力勾配に敏感であり、静的寄与を相殺し、感度を高めます。この振動運動の振幅と位相は、ロックイン技術によって測定され、2つの異なる PID ループに供給されます。NC-AFM 動作とは、機械的共振器の駆動信号を生成する駆動周波数と励起電圧に作用することにより、位相ロックループ(PLL)と自動ゲインコントローラ(AGC)の両方が連携することを意味します。同じ原理は、オプトメカニカル共振器またはマイクロ/ナノ電気機械システム(MEMS / NEMS)でも機能します。

PLL と AGC の目的は、振幅をピーク共振値に保ちながら、このドライブ信号の位相をロックすることです。Zurich Instruments のPLL / PID オプションは、1つまたは複数のフィードバックループを最適化する簡単なステップを提供し、シミュレーションツールを使用して、特定のターゲットループ帯域幅の P、I、D 値を決定します。オペレータには、実験に応じて設定される単一の調整可能なパラメータが残されます。これは通常、イメージング用の Z コントローラフィードバックよりも高速です。LabOne ユーザインターフェイスで提供されるこの PID アドバイザは、透明性を高めるために、ユーザマニュアルで自由に利用できる定量的な DUT 伝達関数モデルに依存しています。

スキャン中に、位相、振幅、周波数、励起電圧などの内部で利用可能なすべての信号をアナログ BNC に出力するか、LabOne GUI または API を使用してデジタルで簡単に記録できます。このデータは、ライントリガ(EOL)または高速スキャン軸がトリガ信号として機器に供給されると、画像を作成するために調整できます。このようにして、複数の固有モードや高調波であっても、複数の画像を一度に取得できます。

このような NC-AFM の実装は、位相が 90° にロックされ、位相測定からの出力周波数シフトと振幅測定からの駆動励起が直交するため、定量的です。これは、保守的な(同相の)相互作用と散逸的な(直交の)相互作用を明確に分離できることを意味します。さらに、これにより、例えば、散逸ケルビンプローブ(KPFM)モードが発生します。このモードでは、相互作用からの静電的寄与が散逸軸に投影されるため、機械モードとトポグラフィから切り離されます。



Zurich Instruments で測定するメリット

  • 解像度と速度の最適なトレードオフをすばやく見つける:PID / PLL Advisor を使用します。
    定量的に。
  • サードパーティの顕微鏡で動作:簡単なアドオンでお気に入りの顕微鏡の性能を即座に向上
  • LabOne DAQ モジュールを使用して収集をスキャンエンジンと同期することにより、
    すべての内部信号をデジタルで保存します。
  • 多重周波数および直接側波帯検出を簡単に追加できる豊富な新しいモードへの開放
  • Zurich Instruments PLL / PIDをデータサーバーAPIを介して
    サードパーティソフトウェアと簡単に統合します。
  • 経験豊富なアプリケーションサイエンティストによる優れたアプリケーションサポート。

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