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 мы 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.