The method of obtaining the spectral characteristics of the scanning probe microscope

• Autorzy: Kataieva Mariia , Kvasnikov Vladimir

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.2646

Warianty tytułu

PL

Sposób uzyskania charakterystyki widmowej sondy skanującej mikroskopu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses methods and algorithms for digital processing and filtering when carrying out nano-measurements using a scanning probe microscope. The paper discusses frequency methods for improving images, in particular, the use of the Fourier transforms with various filtering methods to improve the quality of the resulting image. Stable computational algorithms have been developed for transforming discrete signals based on the Fourier transform. Methods for the interpretation of the numerical results of the discrete Fourier transform in such packages as Matlab, MathCad, Matematica are presented. It is proposed to use a window transform, developed based on the Fourier transform, which makes it possible to single out the informative features of the signal and to reduce the influence of the destabilizing factors that arise when processing signals from a scanning gold microscope in real conditions.

PL

W artykule omówiono metody i algorytmy cyfrowego przetwarzania i filtracji podczas nano-pomiarów z wykorzystaniem mikroskopu z sondą skanującą. Badane są metody korekcji częstotliwości obrazu, w szczególności wykorzystanie transformaty Fouriera z różnymi metodami filtracji w celu poprawy jakości otrzymanego obrazu. Opracowano stabilne algorytmy obliczeniowe do konwersji sygnałów dyskretnych na podstawie transformaty Fouriera. Przedstawiono metody interpretacji numerycznych wyników dyskretnej transformaty Fouriera w takich pakietach jak Matlab, MathCad, Matematica. Proponuje się zastosowanie transformacji okienkowej opracowanej na podstawie transformaty Fouriera, która pozwala wyodrębnić charakterystykę informacyjną sygnału i zmniejszyć wpływ czynników destabilizujących występujących podczas przetwarzania sygnału z mikroskopu z sondą skanującą w warunkach rzeczywistych.

Słowa kluczowe

EN

nano-measurement; digital signal processing; scanning probe microscope; Fourier transform

PL

nano-pomiar; cyfrowe przetwarzanie sygnału; mikroskop z sondą skanującą; transformata Fouriera

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 11, nr 2
• Strony: 52--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Kataieva Mariia

• National Aviation University, Ukraine, Kyiv

• https://orcid.org/0000-0002-1586-1861

autor

Kvasnikov Vladimir

• National Aviation University, Ukraine, Kyiv

• https://orcid.org/0000-0002-6525-9721

Bibliografia

• [1] Addison P. S.: Secondary transform decoupling of shifted nonstationary signal modulation components: application to photoplethysmography. Int. J. Wavelets Multires. Inf. Proc. 2, 2004, 43–57.
• [2] Falvo M. et al.: The nanomanipulator: A teleoperator for manipulating materials at the nanomerter scale. Proc. of Int. Symp. On Science and Technology of Atomically Engineered Materials, 1996, 579–586.
• [3] Hyon C. K. et al.: Application of atomic-force-microscope direct patterning to selective positioning of InAs quantum dots on GaAs. Applied Physics Letters 77, 2000, 2607–2609.
• [4] Ito K. J. et al.: Servomechanism for locking scanning tunneling microscope tip over surface nanostructures. Rev. of Sci. Inst. 71(2), 2000, 420–423.
• [5] Iwasaki H., Yoshinobu T., Sudoh K.: Nanolithography on SiO2/Si with a scanning tunneling microscope. Nanotechnology 14, 2003, 55–62.
• [6] Majumdar A. et al.: Nanometer-scale lithography using the atomic force microscope. Applied Physics Letters 61, 2002, 2293–2295.
• [7] Mokaberi B., Requicha A. A. G.: Drift compensation for automatic nanomanipulation with scanning probe microscopes. IEEE Trans. on Automation Science and Engineering 3(3), 2006, 199–207.
• [8] Mokaberi B., Requicha A. A. G.: Towards automatic nanomanipulation drift compensation in scanning probe microscopes. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, New Orleans, LA, 2004.
• [9] Ohji H. et al.: Fabrication of a beam-mass structure using single-step electrochemical etching for micro structures (SEEMS). J. Micromech. Microeng. 10, 2000, 440–444.
• [10] Roth S., Dellmann L., Racine G. A., de Rooij N. F.: High aspect ratio UV photolithography for electroplated structures. J. Micromech. Mecroeng. 9, 2009, 105–108.
• [11] Sahoo D. R. et al.: Transient signal based sample detection in atomic force microscopy. Applied Physics Letters 83(26), 2003, 5521–5523.
• [12] Said R. A.: Microfabrication by localized electrochemical deposition: experimental investigation and theoretical modeling. Nanotechnology 15, 2004, 867.
• [13] Salapaka S., De T.: A new sample-profile estimate for faster imaging in atomic force microscopy. Proceedings of the American Control Conference, Boston, MA, 2004.
• [14] Salapaka М. V. et al.: Multimode noise analysis of cantilevers for scanning probe microscopy. Journal of Applied Physics 81(6), 1997, 2480–2487.
• [15] San Paulo A., Garcia R.: Tip-surface forces, amplitude and energy dissipation in amplitude–modulation (tapping mode) force microscopy. Physical Review B. 64, 2002, 041406 (1–4).
• [16] Sebastian A. et al.: Robust control approach to atomic force microscopy. Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control, Hawai, 2003.
• [17] Staub R. at al.: Drift elimination in the calibration of scanning probe microscopes. Rev. Sci. Inst. 66(3), 1995, 2513–2516.
• [18] Yang Q., Jagannathan S.: Nanomanipulation using atomic force microscope with drift compensation. Proceedings of the 2006 American Control Conference, Minneapolis, Minnesota, USA, 2006.
• [19] Yang S. et al.: Block phase correlation-based automatic drift compensation for atomic force microscopes. IEEE Int. Conf. on Nanotechnology, Nagoya, Japan, 2005.
• [20] Yaseen A. S. at al.: Speech signal denoising with wavelet-transforms and the mean opinion score characterizing the filtering quality. Proc. SPIE. 9707, 2016, 970719.