Профилометрия поверхности при помощи сканирования взвешенными микрочастицами

Аннотация 2
Введение 4
1. Обзор существующих методов контроля поверхностей 5
1.1. Атомно-силовая микроскопия 5
1.2. Стилус-профилометрия 6
1.3. Конфокальная микроскопия 7
1.4. Метод NORM 9
2. Разработка алгоритма для трекинга частиц 11
2.1. Установка для получения изображения 11
2.2. Разработка алгоритма для трекинга частиц 12
2.3. Изображения 13
Заключение 16
Библиографический список 17

Весь текст будет доступен после покупки

В современном мире оптика и электроника вышли на такой уровень, когда изменение поверхности в пару микрон или незнание ее профиля могут привести к значительным изменениям в работе оптических или электронных схем. Это происходит вследствие постоянного усложнения изделий и технологических процессов, поэтому возрастает роль методов контроля поверхности и возникает задача по измерению различных объектов микрооптики, дифракционных оптических элементов и поверхностей, использующихся в электронике. Профили таких поверхностей необходимо измерять с высокой точностью.
На данный момент существуют такие методы измерения, как: атомно-силовая микроскопия, конфокальная микроскопия, электронная микроскопия, стилус-профилометрия и т.д. Данные методы не универсальны, некоторые из них разрушают поверхность, также в большинстве случаев они экономически не целесообразны. Например, когда необходимо проверить партию линз, которая стоит 10 тысяч, покупать для этого микроскоп стоимостью 1 миллион не целесообразно, так как к стоимости микроскопа добавятся еще расходы на его амортизацию, обслуживание, содержание персонала и т.д., поэтому возникает задача на изобретение неразрушающего метода контроля таких поверхностей.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Обзор существующих методов контроля поверхностей

1.1. Атомно-силовая микроскопия

Впервые статья под названием «Атомно-силовая микроскопия» была опубликована 3 марта 1986 года Герхардом Биннигом, Кельвином Куэйтом и Кристофом Гербером [1]. Этот метод является развитием сканирующей туннельной микроскопии. Атомно-силовой микроскоп представляет собой комбинацию принципов сканирующего туннельного микроскопа и стилус- профилометра, он измеряет силу Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий. Метод применим для анализа проводящих и непроводящих материалов. Работает он так: поверхность образца сканируется сверхтонким зондом, который называется кантилевером. Толщина кончика зонда порядка нескольких нанометров располагается непосредственно над образцом, позволяя регистрировать взаимодействие с ним. В процессе сканирования (перемещения зонда относительно образца) значение взаимодействия поддерживается постоянным за счет изменения расстояния между образцом и зондом, регистрация которого и формирует изображение.
На данный момент этот метод продолжает разрабатываться, в частности, в статье, опубликованной 9 января 2024 года, «Силовая микроскопия с временным разрешением с использованием метода модуляции по времени задержки» говорится о том, что появилась возможность исследовать профиль поверхности атомно-силовым микроскопом в реальном времени, а не только статические объекты [2].
В другой статье на тему атомно-силовой микроскопии, опубликованной 22 января 2024 года, «Точное профилирование поверхности на наноуровне благодаря глубокому обучению» используют искусственный интеллект для повышения точности и разрешения измерения, а также ускорения процесса анализа данных [3].
Достоинства метода: широкий спектр режимов работы (разрешающая способность атомно-силовых микроскопов составляет 0,1-1 нм по горизонтали и 0,01 нм по вертикали), простота измерения и интерпретации результатов, а также возможность исследования объектов, не проводящих электрический ток (например, биологических).
Недостатки метода: необходимость наличия резкой ступени, низкая скорость измерения, высокая стоимость оборудования, влияние на достоверность результатов условий среды, в которой проводятся измерения, большое количество артефактов в получаемых топографических изображениях [4].

1.2. Стилус-профилометрия

Основы стилус-профилометрии заложили Аббот и Фаерстоун, их исследование опубликовано в статье «Определение качества поверхности» (1933) [5]. Первый стилус-профилометр был изготовлен в 1941 году Джоном Ризоном под руководством Марка Тейлора и назывался Talysurf-1. Принцип его работы заключается в том, что игла микроскопа, контактирующая с поверхностью, перемещается вдоль оси X, а вертикальное движение наконечника улавливается, тем самым анализируя рельеф поверхности.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Binnig, G. Atomic Force Microscope / G. Binnig, C. F. Quate, Ch. Gerber. – Текст : электронный // Physical review letters. - 1986. – Т. 56. - № 9. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.56.930 (дата обращения: 07.06.2024).
2. Hiroyuki, M. Time-resolved force microscopy using the delay-time modulation method / Mogi Hiroyuki, Rin Wakabayashi, Shoji Yoshida [и др.]. -Текст : электронный // Applied Physics Express. - 2024. - № 17. https://www.researchgate.net/publication/375620527_Time-resolved_force_microscopy_using_delay-time_modulation_method (дата обращения: 07.06.2024).
3. Bonagiri, Lalith Krishna Samanth. Precise Surface Profiling at the Nanoscale Enabled by Deep Learning / Lalith Krishna Samanth Bonagiri, Zirui Wang, Shan Zhou [и др.]. – Текст : электронный // Nano Lett - 2024. - № 24 (8). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38252875/ (дата обращения: 07.06.2024).
4. Шупенев, А.Е. Анализ разрушающих методов измерения и контроля толщины тонких пленок / А. Е. Шупенев, Н. С. Панкова, И. С. Коршунов [и др.]. – Текст : электронный // Известия высших учебных заведений. Машиностроение - 2019. - №3 (708). https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-razrushayuschih-metodov-izmereniya-i-kontrolya-tolschiny-tonkih-plenok (дата обращения: 07.06.2024).
5. Abbott, E.J. Specifying Surface Quality / E. J. Abbott, F. A. Firestone. – Текст : электронный // Mechanical Engineering - 1933. - № 55. https://www.scirp.org/reference/ReferencesPapers?ReferenceID=2115734 (дата обращения: 07.06.2024).
6. Blateyron, F. Introduction to stylus profilometers / Francois Blateyron. – Текст : электронный // Digital Surf, France. - https://guide.digitalsurf.com/en/guide-stylus-profilometers.html (дата обращения: 07.06.2024).

Весь текст будет доступен после покупки