Калибровка (для режима изображения)

Лабораторная работа № 1

Калибровка просвечивающего электронного микроскопа.

Измерение линейных размеров объектов.

Цель работы: Получение первичных навыков работы за просвечивающим электронным микроскопом, изучение способов определения масштабного коэффициента для требуемых увеличений, изучение способов измерения линейных размеров исследуемых объектов.

ВВЕДЕНИЕ

Линейные размеры объектов в нанотехнохнологии лежат в нанометровом диапазоне. С этим связана необходимость применения микроскопов для их измерения. В качестве средств измерения нанообъектов широко используют просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ). В этом случае с помощью просвечивающего электронного микроскопа получают увеличенное изображение объекта. Далее, на увеличенном изображении измеряют соответствующие размеры объекта, т.е. измерения проводят не на физическом объекте, а на его увеличенном образе. Такие измерения являются косвенными. Достоверность косвенных измерений зависит от того, насколько точно установлена зависимость между прямо измеряемой величиной и искомой величиной. В нашем случае, достоверность измерений зависит от того, как точно установлено увеличение электронного микроскопа и как действительно микроскоп отображает геометрию объекта. Решением этой проблемы являются повышение точности калибровки и тщательная юстировка микроскопа. Суммарная погрешность измерений размеров нанообъекта составляет совокупность погрешностей увеличения микроскопа и средства измерения размеров на изображении объекта

КАЛИБРОВКА (ДЛЯ РЕЖИМА ИЗОБРАЖЕНИЯ)

Калибровку увеличений микроскопа проводят с помощью специальных тест-объектов. В зависимости от диапазона увеличений применяют различные типы тест-объектов.

При увеличениях 1500-50000 крат в качестве тест-объекта используют реплику дифракционной решетки с линейностью 2160 линий/мм (рисунок 1а), что соответствует расстоянию между линиями 463 нм. На изображениях получают профили оптической плотности реплики дифракционной решетки. Расстояние между минимумами определяют как расстояния между линиями, при этом полуширину линий принимают за ошибку определения расстояний между линиями (рисунок 2).

Калибровку при увеличениях более 100000 крат производят с использованием тонкой плёнки (не более 10 нм) графитизированного углерода с межплоскостным расстоянием 0,34 нм, который является устойчивым и высоковоспроизводимым стандартным образцом для просвечивающей электронной микроскопии. Также качестве тест-объекта используют другие объекты с известными параметрами кристаллической решетки, например, кремний. После проведения съёмок объекта при всех увеличениях указанного диапазона необходимо на изображении измерить расстояние между 10-15 плоскостями кристаллической решётки. Измерительную линию расположить строго перпендикулярно к изображениям атомных плоскостей. Определить длину измерительной линии, умножив количество атомных плоскостей на расстояние между слоями графита. Провести аналогичную процедуру для других увеличений диапазона. Истинное увеличение определяют как отношение размера элемента объекта на изображении к его физическому размеру. Если на снимок приходится достаточно много атомных плоскостей, межплоскостное расстояние разумно находить по фурье-преобразованию изображения. На практике удобнее определять не увеличение, а ширину кадра или масштабный коэффициент (например, нм/пиксель).