Park Systems Webinar afm introduccion

www.parksystems.com
Introducción y avances en microscopia a
nanoescala a través de AFM
Dra. Gabriela Mendoza. Cientifica en aplicaciones, Park Systems,
Inc.
Julio 19, 2019

Park Systems es un fabricante líder mundial de
Microscopios de Fuerza Atómica y Sistemas de
Microscopía de Nanoescala Emergentes.

Park Systems www.parksystems.com
Copyright Park Systems Corp., All rights reserved. 3
Park Systems permite grandes avances en la ciencia en instituciones de
prestigio, laboratorios nacionales y diversas compañías a nivel mundial

Park Systems suministra una amplia gama de AFM que son
adecuados para diversas aplicaciones en el mercado

Linea de productos Park AFM
AFM Investigación AFM industrial
- Plataforma común: escáner desacoplado
- True Non-Contact
- Automatización SmartScan

Mayor precision – La más alta resolución – Fácil de usar
6
Escaner Park AFM
Escáner XY y Z desacoplados
Tecnologia Park AFM
Modo: True Non-Contact™
Park SmartScan™

Contenido
8Confidential and Proprietary, Park Systems
Introducción a Park Systems
Invención de AFM
Tecnología de innovación
SmartScan
Conclusiones

1985: Invencion del AFM
Prof. Calvin F. Quate Dr. Sang-il Park
Stanford Univ. – Lugar de Nacimiento del AFM

1988: Comercialización de AFM
Prof. Calvin F. Quate Dr. Sang-il Park
Park Scientific Instruments – Primera Compañía de AFM

AFM
Cantilever micromaquinado
Laser
PSPD
espejo
x y -x
Z
muestra

AFM: Microscopia de Fuerza Atomica
Laser
PSPD
x-y-z piezo
tube scanner
muestra
espejo
cantilever
x y -x
Control de
retroalimentacion
Z
Display
Topo
X-Y Scan Control

No Contacto

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AFM vs. Otros métodos de
microscopia
14

SPM vs. otros métodos de microscopia
Optico TEM SEM SPM
Luz Haz de electrones Sonda
Escaneo
Magnificacion de imagen
& Fotografia
Medio
Mecanismo de imagen
Resolucion ~0.5μm <1nm ~1nm <1nm
Tipo

 No se requieren condiciones de UHV ni haz de electrones
 Alta resolución : ~ 1nm lateral, < 0.1nm vertical
 Información cuantitativa 3-D
 No hay limitantes por la conductividad de la muestra: Metal /
Semiconductor/Insulator
 Es posible estudiar ambientes líquidos (opera en aire, liquido, vacío)
 Medicion simutanea de otras propiedades de los materiales en escala
nanométrica (propiedades eléctricas/ magnéticas/térmicas/mecánicas)
 Litografía y manipulación a escalas nanométricas
Ventajas de AFM sobre otras tecnicas de microscopia

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Park AFM:
Innovación de AFM
 Nuevo diseño AFM
17

 X-Y Scanner separado
 Z Scanner de alta frecuencia
Reestructurando el Scanner AFM
Beneficios
 Flat X-Y Scanner → imagen sin distorsión
Fast Z Scanner → non-contact mode
90.0°
70.0µm
70.0µm
Optical flat (80x80µm)
10µm pitch calibration grating
< 1nm
f0 < 1kHz
f0 = 9kHz

Tapping vs NCM
Solución de Park Systems: True Non-Contact ModeTM
Dificultad de conservar la punta y la muestra
• Menos desgaste de la punta
= Escaneo con alta resolución prolongada
• Interacción No destructiva entre la punta y
la muestra
= Mínima modificación de la muestra
• Inmunidad de resultados dependientes de
parámetros
• Desgaste rápido de la punta
= Escaneo borroso de baja resolución
• Interacción destructiva entre la punta y la
muestra
= Daño y modificación de la muestra
• Altamente dependiente de los parámetros

Preservación de la punta afilada: imagen precisa
Radio de la punta (arb.)
Rugosidad
(arb.)
Punta afilada Punta aplanada
 El estado de la punta es crítico para
-Medición de rugosidad precisa
-Medida de rugosidad REPETIBLE y REPRODUCIBLE

Repetibilidad y reproducibilidad
Imagen 1 Imagen 800
Tip2Tip1
Tip # Mean Ra (nm) 1σ (%)
1st 0.1589 1.59%
2nd 0.1539 1.17%
3rd 0.1461 0.86%
4th 0.1543 1.46%
Avg.
0.1554
(1σ 3.46%)
1.26%
 Se tomaron 800 imagenes con un cantilever en modo NCM

Park NX Escaneo rápido: Al patrón de proyección
Altura 10HzAltura 1Hz Altura 15Hz
Condiciones de escaneo
- Sistema: NX10 - Modo de escaneo: Non-contact
- Cantilever: Arrow UHF-2MHz - Velocidad de escaneo: 1Hz, 10Hz,
15Hz
- Pixel: 256 × 256 - Tamaño de escaneo: 1μm×1μm
- Accesorio: 10µm XY scanner
1Hz
10Hz
15Hz
• Perfil de línea (Forward/Backward)

Video

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Park AFM:
Innovación de AFM
 Nuevo diseño de AFM
 True Non-Contact AFM
 Maximizando velocidad
 Adaptive Scan
24

Optimización x Velocidad de escaneo
𝑑𝑧
𝑑𝑡
= 𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 × 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟
La velocidad máxima de escaneo está determinada por la
pendiente de muestra y el límite de error permitido
Como la L optimizada está cerca de un integrador simple, la
topografía es una integración de la señal de error.
s
a
e
z
L    dteaz
Pendiente
Velocidad de escaneo
dz/dt=Velocidad de
escaneo × Inclinacion
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑛𝑒𝑜 × 𝐼𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 × 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟

 Una vez que se obtiene la primera topografía por escaneo de línea, podemos
estimar la siguiente línea topográfica, siempre que el espaciado de la línea de
exploración sea similar o más pequeño que el radio de la punta.
 Radio típico de la punta de AFM 5~20nm.
– Imagen 4 x 4µm, 256 x 256 pixel tiene 15.6 nm de espaciado entre líneas de
escaneo
Adaptive Scan usando línea previa
Región donde se comparte la
interacción de Van der Waals
Direccion de escaneo lenta
PPP-NCHR

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Park AFM:
Innovación de AFM
 Nuevo diseno de AFM
 True Non-Contact AFM
 Maximizando velocidad
 Adaptive Scan
 SmartScan
27

Video

 La cabeza del AFM se inserta o se retira fácilmente al deslizarla a lo largo
de un riel, que se bloquea automáticamente en su posición pre alineada
 Sencillo y rápido cambio de punta y de muestra snap by hand
 Acceso lateral abierto a la muestra y la punta con un diseño de cabeza
único
Fácil montaje (Cabezal AFM / Punta / Muestra)

 Puntas pre alineadas
– El cantilever esta listo para escanear sin ningún procedimiento especial o complicados pasos.
 Vista Top-down
– El rayo láser cae verticalmente en el cantilever, lo que permite al usuario encontrar el láser
fácilmente
– La vista de la muestra es directa e intuitiva desde la parte superior lo cual permite una fácil
navegación para encontrar el área de interés
Alineación de laser (Laser / Muestra)

 Acercamiento automático de la punta a la muestra
– No se requiere intervención del usuario
– El acercamiento a la superficie de la muestra ocurre dentro de los siguientes 10 segundos
después de colocar el cantilever

SmartScan™ (Auto Mode, Setup Wizards, Hivac Manager)

 El nuevo AFM fue desarrollado para mejorar la precisión y repetibilidad
del escaneo.
 NCM es un modo practico en condiciones ambiente
– El modo Tapping compromete la solución porque la punta de escaneo pierde su
agudeza (y también puede haber deformación de la muestra)
 Todos los parámetros de NCM-AFM pueden auto optimizarse
– f, set point, I-gain/P-gain ratio, velocidad de escaneo, etc.
– El usuario solamente tiene que elegir Accuracy vs. Speed.
 SmartScan no solamente automatiza la operación del AFM, también
elige la mejor combinación entre precisión y velocidad de escaneo.
 Los AFM Park NX10 pueden escanear rápido usando cantilever de alta
frecuencia.
Resumen

Eventos próximos
 IMRC Cancun Stand #12, 18 de Agosto
 MRS Brasil 23-27 Septiembre
 Nanoscientific Symposium, ciudad de Mexico 3-4 Octubre

Gracias
Gabriela Mendoza
gabriela@parksystems.com
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