利用图像中的探针信息获取探针形貌的方法 reconstruction of tip geometry from spm images.pdfVIP

第25卷第5期 电 子显微学报 Vol一25．No．5 2006年10月 Jour船lofClli耻seElectron 2006．10 MicroscopySociety 文章编号：1000．6281(2006)05一0390—05 利用图像中的探针信息获取探针形貌的方法 邢立伟，潘 石“，张 琨，王 帅 (大连理工大学近场光学与纳米技术研究所，物理系，辽宁大连116023) 摘要：扫描探针显微技术已在纳米甚至原子级的形貌获取中得到了广泛地应用。其分辨本领在很大程度上依 赖于探针的形貌尺寸。传统的检测探针的方法大多对针尖的损伤很大或需要复杂的仪器，这就使这些方法带有一 定局限性。本文提出利用扫描图像中反映的探针信息数值求解探针形貌的方法，利用探针扫描不同样品所得到的 扫描图像还原探针的形貌，结果显示用此算法能够还原出原针尖的形貌。为了更好地与实际结果对比，用原子力 显微镜扫描图像来验证此方法的正确性，结果显示反构造的探针形貌结果与枷公司所提供的探针尺寸吻合很好。 关键词：扫描探针；扫描探针显微镜 中图分类号：TGll5．21+5．7文献标识码：A 在扫描探针显微镜中，探针是获取样品表面纳 米形貌的关键部件。探针尺寸也会直接对扫描图像 产生影响。所以，实验中扫描得到的图像，准确地说 应该是样品表面的实际形貌再叠加上探针形貌产生 的影响。从已经获得的图像出发，尽可能消除探针 的影响，就可以获得精度更高，信息更准确的形貌图 像。这种现象引起了许多从事纳米成像研究人员的 关注和思考，并作了大量的工作。 0 本文报告一种利用扫描图像中反映的探针信息 O 来构造探针形貌的方法；并从基本理论、数值模拟结 图1扫描具有垂直边沿的样品。 7Ihe t0avertical 果以及数值模拟结果与实际的对比三方面论证了该 Fig．1 scanning edge 方法的可行性。 由图1可得这样的关系：B处探针表面曲率、样 1 基本原理 品表面斜率和A处图像函数的斜率三者相同b]， 即： 扫描图像是样品表面形貌与探针形貌的叠加， 蜕(戈。7) 蜕(戈；7) 姒(戈。7) ，，，、 与传统光学的物体、成像系统和图像是卷积关系不 uJ， ■瓦广2■i厂2■瓦广 同，扫描过程中探针与样品的作用过程并非线性，仅 如图l，扫描的样品有一个垂直的边沿，那么在 仅依赖反卷积并不能反映两者之间的关系¨’2|。 vill删bia 垂直边沿的左侧扫描得到的轨迹与探针右侧的表面 JS作了很多工作阳]，总结了探针与形貌 形貌相对应。在实际扫描中，垂直样品的制作和扫 之间的关系： 描都存在很大困难№。。但遵循如下原则： Z(戈)=掣ax[，(茗一并7)+工(x7)] a)