Zastosowanie interferomerii światłowodowej w ocenie właściwości metrologicznych czujników bliskiego pola mikroskopu sił atomowych

• Autorzy: Mulak P. , Gotszalk T. , Kolanek K. , Woszczyna M. , Masalska A. , Zawierucha P. , Wielgoszewski G. , Zielony M. , Sankowska A. , Szeloch R. , Janus P. , Grabiec P.

Warianty tytułu

EN

Application of optical fiber interferometry in characterization of metrological properties of scanning probe microscopy nearfield sensors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podstawowym problemem metrologicznym mikroskopii sił atomowych jest pomiar oddziaływań dynamicznych występujących między mikroostrzem a powierzchnią. W praktyce laboratoryjnej stosowane są zwykle układy natężeniowych detektorów laserowych, które umożliwiają jedynie detekcję (rozumianą w sensie jakościowej oceny ugięcia dźwigni). W laboratorium mikroskopii bliskich oddziaływań, nanostruktur i nanomiernictwa Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki opracowaliśmy światłowodowy interferometr pracujący w konfiguracji Fabry-Perota, za pomocą którego jesteśmy w stanie przeprowadzić pomiary właściwości metrologicznych układów piezoelektrycznych stosowanych w mikroskopii bliskich oddziaływań oraz dokonać skalowania czujników bliskiego pola ze zintegrowanymi detektorami wychylenia końcówki. Przedmiotem naszych prac była analiza właściwości piezoelektrycznych rezonatorów kwarcowych i elektrostatycznych aktuatorów wychylenia. Prezentowane przez nas metody i techniki pomiarowe pozwalają na pomiar ugięcia (wychylenia) dźwigni kamertonu piezoelektrycznego z rozdzielczością 0,1 nm w paśmie 1 kHz w zakresie częstotliwości do 100 kHz.

EN

One of the fundamental metrological issues in scanning probe microscopy is the measurement of nearfield interactions between the microprobe and the surface. In most experiments the detection of the cantilever deflection is performed using so called Position Sensitive Detectors. In this setup the measurements of forces acting at the microtip require additional tedious and very time consuming calibration. Therefore in the laboratory of scanning probe microscopy, nanostructure and nanometrology at the Faculty of Microsystem Electronics and Photonics of the Wroclaw University of Technology we developed fiber optical Fabry-Perot inteferometer which can be used to determine the metrological parameters of the nearfield sensors. In this work we will present the results of piezoelectrical tuning fork measurements, which enable deflection detection of the tuning fork prongs with the resolution of 0,1 nm in the bandwidth of 1 kHz in the frequency range up to 100 kHz. We will also report in the calibration of the microsystem electrostatic deflection actuator, which can be used to maintain the distance between the microprobe and sample.

Słowa kluczowe

PL

mikroskopia bliskich oddziaływań; interferometria światłowodowa; nanometrologia; nanomiemictwo

EN

scanning probe microscopy; optical fiber interferometry; nanometrology

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 47, nr 5
• Strony: 57--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., wykr.

Twórcy

autor

Mulak P.

autor

Gotszalk T.

autor

Kolanek K.

autor

Woszczyna M.

autor

Masalska A.

autor

Zawierucha P.

autor

Wielgoszewski G.

autor

Zielony M.

autor

Sankowska A.

autor

Szeloch R.

autor

Janus P.

autor

Grabiec P.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki

Bibliografia

• [1] Grober R., Acimovic J., Schuck J., et al.: Fundamental limits to force detection using quartz tuning forks. Rev. Sci. Instruments, 71, 2776, 2000.
• [2] Goddenhenrich T., Lemke H., Hartmann U., Heiden C.: Force microscope with capacitive displacement detection. J. Vac. Sci. Technol., A8, 383, 1990.
• [3] Gotszalk T., Grabiec P., Rangelow I. W.: Calibration and examination of piezoresistive Wheatstone bridge cantilvers for scanning probe microscopy. Ultramicroscopy, 97, 385, 2003.
• [4] Woszczyna M., Masalska A., Kolanek K., Gotszalk T., Szeloch R.: Wejściowe układy elektroniczne współpracujące z mikrosystemowymi piezoelektrycznymi czujnikami nanosił i nanowychyleń. Krajowa Konferencja Elektroniki, 2005.
• [5] Wielgoszewski G., Mulak P., Woźniak K., Herwich W., Zielony M.: Uniwersalny cyfrowy regulator PID do sterowania temperaturą w układach mikrosystemowych i optoelektronicznych. Konferencja Naukowa Studentów 2006, Politechnika Wrocławska.
• [6] Zawierucha P., Mulak P., Sankowska A., Gotszalk T.: Zastosowanie natężeniowego zbliżeniowego czujnika światłowodowego do charakteryzacji zachowań dynamicznych układów typu MEMS. COE 2006.