On the Spatial Resolution of a Piezoresonance Probe Sensor with a Wolfram Needle

O. M. Gorbenko; Горбенко О. М.; M. V. Zhukov; Жуков М. В.; S. Yu. Lukashenko; Лукашенко С. Ю.; S. V. Pichahchi; Пичахчи С. В.; I. D. Sapozhnikov; Сапожников И. Д.; M. L. Felshtyn; Фельштын М. Л.; A. O. Golubok; Голубок А. О.

doi:10.31857/S1028096023050060

О пространственном разрешении пьезорезонансного зондового датчика с вольфрамовой иглой

Авторы: Горбенко О.М.¹, Жуков М.В.¹, Лукашенко С.Ю.¹, Пичахчи С.В.¹, Сапожников И.Д.¹, Фельштын М.Л.¹, Голубок А.О.¹
Учреждения:
1. ИАП РАН
Выпуск: № 5 (2023)
Страницы: 58-64
Раздел: Статьи
URL: https://bakhtiniada.ru/1028-0960/article/view/137755
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023050060
EDN: https://elibrary.ru/KRPFZE
ID: 137755

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В сканирующей зондовой микроскопии используют зондовые датчики силового взаимодействия различных типов. Наиболее широко распространены кремниевые кантилеверы с оптической регистрацией их отклонения под действием силового взаимодействия с исследуемой поверхностью. Также известны самосогласованные (“self-sensing”) зондовые датчики на основе кремниевого кантилевера или пьезотрубки, использующие пьезорезистивный или пьезорезонансный принципы измерения их прогиба соответственно. В настоящей работе исследованы характеристики самосогласованного пьезорезонансного зондового датчика. Датчик представляет собой пьезотрубку, на свободном конце которой закреплена игла из W длиной несколько мм. Принято считать, что пространственное разрешение зондовых датчиков в сканирующей зондовой микроскопии обусловлено радиусом закругления наноиглы. Однако в колебательных режимах работы “пятно” контакта зонда с образцом может размываться, ухудшая пространственное разрешение. В настоящей работе методом конечных элементов рассчитаны амплитудно-частотная характеристика системы “пьезотрубка – игла” и размер эффективного пятна контакта зонда с образцом в условиях реального эксперимента. Проведено сравнение результатов расчета с экспериментальной амплитудно-частотной характеристикой.

Ключевые слова

сканирующая зондовая микроскопия, пьезорезонансный датчик, самосогласованный датчик, пространственное разрешение зонда.

Список литературы

Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. // Phys. Rev. Lett. 1986. V. 56. P. 930. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.930
Wiesendanger R. Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy. Cambrige University Press, 1994. 637 p.
Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Москва: Техносфера, 2009. 143 с.
Sharapov V. Piezoceramic Sensors. Springer Verlag, 2011. 498 p.
Giessibl F.J. // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 73. P. 3956. https://www.doi.org/10.1063/1.122948
Akiyama T., Staufer U., de Rooij N.F. // Appl. Surf. Sci. 2003. V. 210. P. 18. https://www.doi.org/10.1016/S0169-4332(02)01471-X
Bausells J. // Microelectronic Engineering. 2015. V. 145. P. 9. https://www.doi.org/10.1016/j.mee.2015.02.010
Васильев А.А., Керпелева С.Ю, Котов В.В., Сапожников И.Д., Голубок А.О. // Научное приборостроение. 2005. Т. 15. С. 62.
Быков А.В. // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. Т. 9. № 170. С. 145.
Малохатко С.В., Гусев Е.Ю., Быков А.В., Житяева Ю.Ю. // Известия ЮФУ, Технические науки. 2017. Т. 6. С. 234.
Yang, M.-H. // Master Thesis, Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, National Taiwan Ocean University: Keelung. 2007.
Гальченко В.Я., Филимонов С.А., Батраченко А.В., Филимонова Н.В. // Журн. нано- и электронной физики. 2018. Т. 10. С. 04025-1.
Барфут Дж. Полярные диэлектрики и их применение. М.: Мир, 1981. 526 с.
Яффе Б., Кук У., Яффе Г. Пьезоэлектрическая керамика. М.: Мир, 1974. 288 с.
Ransley J. Пьезоэлектрические материалы: разбор стандартов. Блог COMSOL https://www.comsol.ru/ blogs/piezoelectric-materials-understanding-standards/. Cited 02 October 2014.
Черепанцев А.С., Салтыков В.А. // Приборы и техника эксперимента. 2020. Т. 1. С. 130.
COMSOL Documentation. https://doc.comsol.com. Cited 02 October 2014.
Meirovitch L. Fundamentals of Vibration. McGraw-Hill Education, 2003. 806 p.
Wilson E.L. Static and Dynamic Analysis of Structures (4th ed.). Berkeley Computers and Structures Inc, 2002. 423 p.
Соннерлинд Х. Теория и механизмы демпфирования в механике конструкций. Блог COMSOL https://www.comsol.ru/blogs/damping-in-structural-dynamics-theory-and-sources/. Сited 14 March 2019.