AFM プローブの校正にはどのような手順が必要ですか

AFM プローブ キャリブレーションの中心的な手順には、環境の準備、プローブの設置、レーザーの位置合わせ、標準サンプルを使用した Z- 軸と XY- 軸のキャリブレーション、システム エラー制御が含まれます。ナノスケール測定の精度を確保するには、プロセス全体が運用プロトコルに厳密に従う必要があります。

I.-校正前の準備: 環境制御と機器の初期化

原子間力顕微鏡 (AFM) は環境に非常に敏感です。したがって、キャリブレーションの前にシステムが安定した状態であることを確認することが重要です。

環境管理: 熱膨張や表面吸着層の変化が測定に影響を及ぼさないように、実験室の温度を 20 ～ 25 度、湿度を 40% ～ 60% に維持してください。

防振: 機器を、高周波機器やエアコンの通気口などの振動源から離れた専用の防振プラットフォームに置きます。-

電源アース: 信号ノイズを増加させる電磁干渉を防ぐために、電源が単一点アースを使用していることを確認してください。-

電源-オン ウォームアップ-: AFM メイン ユニットとコントローラのスイッチをオンにし、少なくとも 30 分間ウォームアップして、圧電セラミックスと電子コンポーネントが熱平衡に達することを確認します。

重要なヒント: 環境の変動は、システム エラーの主な原因の 1 つです。 1 度を超える温度変化は、重大な熱ドリフトを引き起こす可能性があります。

II.プローブの取り付けと光学系の調整

1. プローブの選択と取り付け

実験モード（接触、タッピング、または非接触）に基づいて適切なプローブを選択します。-

タッピングモードの場合、共振周波数が高く、バネ定数が低いプローブ（例：300 kHz、40 N/m）が推奨されます。

硬いサンプルの場合は、プローブの寿命を延ばすためにダイヤモンド コーティングされたプローブを選択できます。-

取り付け中は、ピンセットを使用してプローブ ホルダーをそっとつかんでください。機械的損傷を防ぐため、カンチレバーやチップ自体に触れないようにしてください。

2. レーザーの調整

レーザーのスイッチをオンにし、レーザー スポットがカンチレバーの反射領域の後部に正確に焦点を合わせるようにエミッターの位置を調整します。

検出器（4 象限フォトダイオード）の位置を調整して、信号強度がフルスケールの少なくとも 80% に達するようにします。これにより、敏感なフォース フィードバックが保証されます。

「ScanAsyst」インテリジェント モードを利用すると、システムは振幅設定値を自動的に最適化し、人的エラーを最小限に抑えることができます。

検証基準: フォース カーブ テストを観察することにより、ベースラインが安定しており、突然のジャンプがないことを検証し、それによってレーザーのアライメントが正しいことを確認します。

Ⅲ．標準サンプルを使用したコアパラメータの校正

1. Z-軸感度校正（垂直校正）

標準サンプル: Si(111) 結晶面原子ステップ (理論上の高さ: 0.19 nm) または TGZ- シリーズ Z- 方向標準 (例: TGZ1: 20.0 ± 1.5 nm) を選択します。

手順：

標準ステップ領域をスキャンして高さプロファイルを取得します。

理論値に対する測定された高さの比率を計算し、それに応じて Z- 軸圧電トランスデューサーのゲイン パラメーターを調整します。

複数のステップで測定を繰り返して平均値を取得することで、校正精度が向上します。

誤差補正: 機器の全測定範囲の 10%～70% をカバーするデュアルステップ標準を採用。-面積平均法を使用して、Z- 軸変位の非線形性を補正します。

2. XY-軸スキャナのキャリブレーション（横方向のキャリブレーション）

標準サンプル: TGG1 X/Y- 方向校正標準 (周期: 3 ± 0.05 µm) または TGX1 チェッカーボード- パターンの角柱アレイ (高さ: ~0.6 µm) を使用します。

手順：

低倍率で広い領域をスキャンして、画像の歪みや角度のずれがないか確認します。

既知の周期性を持つ構造の実際のスキャン距離を測定し、X 方向と Y 方向のピクセル寸法 (nm/ピクセル) を計算します。

補正係数をソフトウェアに入力して、スキャナの非線形性とクロスカップリング効果を排除します。{0}}

3. プローブ先端形状の評価 (先端特性評価)

標準サンプル: TGT1 3D チップ校正標準または SHS- シリーズのステップ標準 (ピラミッド構造: 50 ～ 100 nm) を使用します。

目的: プローブの先端が鈍くなっているか、汚れているかどうかを評価し、それによって画像の広がりを引き起こす「先端の畳み込み」効果を防ぎます。

方法: 取得した画像を分析して先端プロファイルを再構築し、デコンボリューション アルゴリズムを適用して実際のサンプルの真のトポグラフィーを補正します。

IV.システムエラーの制御とメンテナンスの戦略

1. 主要なエラー原因の分析

2. 標準化されたメンテナンス手順

3. 国際規格の遵守