CC BY
28
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
10
10
20 Hi | ■ | В Л 20
30 30
^в ^в 40 50
40
50 ^в С ® в ^в
60 Б0
70 ^в в ^в 70
ВО
ВО Й- ■ш
90 90
1В0 100
10 20 30 40 50 Б0 70 ВО 90 100
10 20 30 40 50 60 70
Рис. 2. Результат преобразования входного распределения в двумерное вихревое
Таким образом, можно сделать вывод, что использование астигматического преобразования пучков Эрмита-Гаусса в пучки Лагерра-Гаусса позволяет реализовывать спиральные пучки в виде кривых и получать полимеры различных структур, что необходимо в большом количестве прикладных задач, причем входное одномерное распределение может быть любым, в зависимости от потребностей той или иной проблемы.
Библиографические ссылки
1. Ashkin A., Dziedzic J. M., Bjorkholm J. E., Chu S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. OPTICS LETTERS. 1986. № 11. Р. 288-290.
2. Абрамочкин Е. Г., Волостников В. Г. Спиральные пучки света // Успехи физических наук. 2004. № 12. С. 1273-1300.
© Зотеева О. В., Хонина С. Н., 2010
УДК 53.082.79+531.728
А. Ю. Игуменов Научный руководитель - Г. А. Александрова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
КОМПЬЮТЕРНАЯ ОБРАБОТКА СЗМ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ НАНОКЛАСТЕРЫ ИЛИ ПОРЫ
Работа посвящена анализу и обработке СЗМ изображений поверхности, включающей нанокластеры или поры. Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) в полуконтактном режиме получено изображение поверхности образца 81/81(100), проведена его компьютерная обработка, позволившая устранить дефекты сканирования и определить основные параметры поверхностных структур. Развита методика исследования образцов, содержащих нанокластеры на поверхности.
В последние годы активно развивается междисциплинарное направление «нанотехнологии». На-нотехнологии применяются как в микроэлектронике и медицине, так и при создании космических летательных аппаратов, в частности для изготовления отражающих покрытий спутников. В связи с развитием нанотехнологий становится актуальной проблема исследования и анализа структур нано-метрового диапазона. Одним из основных инструментов исследования рельефа и свойств поверхности с нанометровым и даже атомарным разрешением является сканирующая зондовая микроскопия. Как правило, полученные в результате сканирования изображения имеют дефекты, обусловленные такими причинами, как нелинейность пьезоскане-
ра, неточная установка образца относительно оси сканера, шумами аппаратуры и др. Эти дефекты могут существенно искажать данные об исследуемой структуре, в связи с чем их необходимо устранять из скана. Правильно выполненная компьютерная обработка СЗМ изображений позволяет устранить большинство дефектов сканирования, а также провести анализ исследуемого участка поверхности с учетом особенностей наблюдаемых на нем структур. В настоящее время большое внимание уделяется формированию и изучению нанокла-стеров на поверхности подложки, в связи с чем данная работа посвящена компьютерной обработке СЗМ изображений, содержащих именно такие структуры.
Секция «Перспективные материалы и технологии»
Методом АСМ в полуконтактном режиме было проведено сканирование поверхности образца Si/Si(100) и получено изображение рельефа на площади 10x10 мкм (рис. 1, а).
а
-
s 8
Я S
о •
*
а я
б
АСМ изображение поверхности образца 81/81(100) (10х 10 мкм): а - исходное изображение; б - скан, обработанный методом вычитания поверхности второго порядка
Исходный скан содержал типичный дефект сканирования - поверхность второго порядка, которая была устранена с помощью программного обеспечения (рис. 1, б) [1]. Образец получен методом термического испарения кремния на кремниевую подложу (100) в сверхвысоком вакууме. Видно, что на поверхности подложки 81(100) располагаются на-нокластеры с прямоугольной формой основания.
Поверхностные структуры на преобразованном скане были исследованы путем построения к поверхности образца горизонтальной секущей плоскости и пересчета параметров нанокластеров в сечении. Были определены параметры наноструктур при различных уровнях секущей плоскости, и установлены зависимости характерных параметров сечения зерен от ее уровня. Показано, что площадь основания, объем и линейные размеры структур уменьша-
ются при увеличении уровня секущей плоскости, что объясняется пирамидальной формой зерен. Так же от уровня секущей плоскости зависит число пирамидок в сечении: на низком уровне сказывается влияние подложки, и структуры в сечении «слипаются», на слишком высоком - не происходит учет низких структур. В результате исследований определено, что оптимальный уровень секущей плоскости для исследования поверхности данного образца, на котором не сказывается влияние подложки, и не происходит потери низких структур, составляет 24-32 нм.
Предложен способ восстановления формы сечения наноструктур по численным значениям параметров структур. В случае круглого сечения максимальный линейный размер (Ь) должен совпадать с диаметром соответствующего площади зерна круга (Б), в случае прямоугольного - с диагональю
= (Сх + Су)1/2, где Сх, Су - размеры зерен вдоль соответствующих осей.
Для определения формы сечения зерен исследуемого образца были оценены относительные отклонения Б и от Ь, отклонения оказались незначительными по сравнению с Б (4 и 30 % соответственно), что характерно для прямоугольного сечения зерен.
Получены соотношения, позволяющие анализировать структуры, расположенные под углом к линиям сканирования. Полученные соотношения применимы в случае, когда зерна на поверхности параллельны между собой, что актуально при установке образца, аналогичного 81/81(100) под углом к линиям сканирования.
Таким образом, в работе проведен анализ АСМ изображения поверхности 81/81(100), развита методика исследования образцов, содержащих нанокла-стеры на поверхности, определена форма и размеры поверхностных структур, предложен способ анализа структур, расположенных под углом к линиям сканирования.
Авторы выражают благодарность С. Н. Варнако-ву за предоставленный образец.
Работа выполнена в рамках проекта ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».
Библиографическая ссылка
1. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии : учеб. пособие. В. Миронов. М. : Техносфера, 2005.
© Игуменов А. Ю., Александрова Г. А., 2010
