AFM-mittaukset

Nanoteknologian kehittyminen on lisännyt tarkkojen nanomittakaavan mittausten tarvetta niin tutkimuslaitoksissa kuin teollisuudessakin. Näissä mittauksissa käytetään yleisesti erilaisia skannaavia mikroskooppeja (scanning probe microscope, SPM) kuten tunnelointimikroskooppeja (STM) ja atomivoimamikroskooppeja (AFM). Kalibroimattomien SPM-laitteiden asteikkovirheet ovat tyypillisesti 2–20 %. Lisäksi mittausvirheet voivat aiheuttaa vääristymiä mittaustuloksista muodostettuun kuvaan, mikä kuitenkin voi olla vaikeaa havaita itse kuvasta. Kalibrointi on paras tapa tarkistaa laitteen tarkkuus ja stabiilius. Uusilla, kehittyneemmillä SPM-laitteilla mittaustarkkuus on parantunut, mikä ei kuitenkaan poista kalibroinnin tarvetta. Erityisesti kaikkien kvantitatiivisten mittausten tulisi olla jäljitettävissä metrin määritelmään. VTT MIKESin kalibroinnista antama todistus takaa jäljitettävyyden metrin määritelmään.

SPM-palvelumme  MAFM.JPG

Jotta varmistettaisiin tarkat ja luotettavat dimensiomittaukset myös nanomittakaavassa, VTT MIKES tarjoaa asiakkaille jäljitettäviä mittauksia nanometrialueella käyttämällä kalibroitua atomivoimamikroskooppia sekä mikroskooppien kalibroinnissa käytettävien siirtonormaalien kalibrointeja. Annamme mittausepävarmuuden kaikille tuloksillemme. Epävarmuus riippuu mitattavasta kohteesta; esimerkiksi uran syvyyttä mitattaessa on mahdollista saavuttaa alle yhden nanometrin epävarmuus. Skannaavat mikroskoopit (SPM) voidaan kalibroida käyttämällä useita erilaisia ​​kalibroituja siirtonormaaleja [1] kuten hiloja ja askelkorkeusnormaaleja. Kalibroimme 1D- ja 2D-hiloja joko laserdiffraktiolla tai metrologisella atomivoimamikroskoopilla (MAFM). Mikroskooppien kalibrointi antaa tietoa itse laitteen tarkkuudesta. Mittausten tarkkuutta puolestaan voidaan edelleen parantaa korjaamalla kalibroinnissa havaitut virheet tietokoneohjelmilla. Eri mittauksilla voimme paljastaa useita virhelähteitä: x-, y- ja z-asteikkojen virheet, virheet asteikkojen lineaarisuudessa, tasomaisuusvirheet, kohtisuoruusvirheet, jne.
  

Kalibrointipalvelumme skannaaville mikroskoopeille.

Mittaus / normaali Ominaisuus  Mittausalue Epävarmuus
1D-hila (diffraktiomittaus)​Jakoväli300 nm – 10 µm50 – 100 pm
2D-hila (diffraktiomittaus) 
Jakoväli
Kohtisuoruus 
300 nm – 10 µm 50 – 100 pm
1D-hila (AFM-mittaus)​Jakoväli, p
Kohtisuoruus
100 nm – 10 µm 

10 nm – 2 µm
100 µm × 100 µm
Q [3,4; 0,2 p/µm] nm 
14 mrad
Q [2; 0,2 h/µm] nm
5 nm
Askelkorkeusnormaali 10 nm – 2 µmQ [2; 0,2 h/µm] nm
Tasomaisuusnormaali 100 µm × 100 µm5 nm

 

VTT MIKESin atomivoimamikroskooppi (PSIA XE-100 AFM) kalibroidaan säännöllisesti interferometrisesti ja käyttämällä hilaa, joka on kalibroitu laserdiffraktiolla. Näin ollen AFM:llä mitatut tulokset ovat jäljitettävissä metrin määritelmään. AFM:n xy-liikkeet on mekaanisesti erotettu z-liikkeestä. Tämä parantaa liikkeiden lineaarisuutta, pienentää tason ulkopuolisia liikkeitä ja poistaa ylikuulumisen. Laitteen rakenne mahdollistaa melko suurten näytteiden mittaamisen ja mittaukset voidaan tehdä käyttämällä tavallisimpia mittaustiloja, mm. koskettava mittaus tai koskettamaton mittaus. Mittaustuloksia voidaan analysoida monipuolisesti SPIP-ohjelmisto avulla (The Scanning Probe Image Processor SPIPTM, http://www.imagemet.com). 
 

VTT MIKESin AFM:n ominaisuuksia (taulukko) ja jäljitettävyysketju SPM-mittauksille (vuokaavio).SPM_traceability_4_FI.jpg

Ominaisuus Tiedot
Laitteen malli​PSIA XE-100
Näytteen koko<100 mm × 100 mm
Näytteen paksuus<20 mm
Näytteen massa<500 g
Mittausalue (xy)90 µm × 90 µm
Mittausalue (z)12 µm
Resoluutio (xy)0.15 nm
0.02 nm (low voltage mode)
Resoluutio (z)0.05 nm
0.01 nm (low voltage mode)
Epävarmuus (k=2),
x- ja y-suunnan
Q [3; 2 L/µm] nm *
Epävarmuus (k=2), z-suuntaQ [3; 2 L/µm] nm *
 * Q [x; y] = (x2 + y2)1/2

 

 

  1. V. Korpelainen and A. Lassila, Calibration of a commercial AFM: traceability for a coordinate system, Meas. Sci. Technol. 18, 395 (2007). https://doi.org/10.1088/0957-0233/18/2/S11 
  2. J. Seppä, V. Korpelainen, S. Bergstrand, H. Karlsson, L. Lillepea, and A. Lassila, Intercomparison of lateral scales of 
    scanning electron microscopes and atomic force microscopes in research institutes in Northern Europe, Meas. Sci. Technol. 25, 044013  (2014). https://doi.org/10.1088/0957-0233/25/4/044013
  3. V. Korpelainen, V. Linko, J. Seppä, A. Lassila, and M. A. Kostiainen, DNA origami structures as calibration standards for nanometrology, Meas. Sci. Technol. 28, 034001 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6501/28/3/034001
     

Lisätietoja​

  • Virpi Korpelainen, erikoistutkija, puh. 050 410 5504, sähköposti Virpi.Korpelainen(at)vtt.fi  


​<<< takaisin pituuskalibrointien etusivulle