Wyniki 1-8 spośród 8 dla zapytania: authorDesc:"MICHAŁ ZIELONY"

Cyfrowe sterowanie pola skanowania w mikroskopie bliskich oddziaływań

Czytaj za darmo! »

Artykuł przedstawia algorytm i układ sterowania polem skanowania mikroskopu bliskich oddziaływań w uniwersalnym sterowniku SPM zbudowanym na bazie procesora sygnałowego TigerSharc TS101 firmy Analog Devices. Opisane zostały ograniczenia w bezpośrednim cyfrowym generowaniu pola skanowania, rozwiązanie tego problemu oraz rozszerzenie możliwości o zadawania kata pola skanowania. Abstract. This papper shows an algorithm and appliance to scanning field controll in universal Scannig Probe Microscopy driver, based on signal processor TigerSharc TS101 made by Analog Devices. We character restrictions in direct digital generate of scanning field and solution for solving this problem. We also describe ability of setting scanning field angle. (Digital setting of scanning field in Scanning Probe Microscopy). Słowa kluczowe: mikroskopia bliskich oddziaływań, SPM, zaawansowane sterowanie, analogowo-cyfrowe układy elektroniczne, DSP Keywords: Scanning Probe Microscope, SPM, advanced control, analog-digital elecronic devices, Digital Signal Processor Wprowadzenie Mikroskopia bliskich oddziaływań (ang. SPM - Scanning Probe Microscopy) jest dynamicznie rozwijającą się techniką. Pozwala ona na badanie powierzchni ciała stałego w nanometrowej skali. Badania te obejmują obrazowanie powierzchni, pomiar rozkładu temperatury i przewodności cieplnej, rozkład przewodności elektrycznej, ładunku powierzchniowego, dipoli magnetycznych, twardości powierzchni, jej lepkości oraz wielu innych [1]. Skanowanie powierzchni z nanometrową precyzją umożliwiają elementy piezoelektryczne. Ich wadą jest nieliniowość i histereza. Dodatkowo zakres skanowania (tzn. przesuw próbki w polu XY) mikroskopu mieści się w zakresie od 100nm do 10μm. Zmianę rozmiaru oraz położenia liniowego pola skanowania z nanometrową dokładnością można uzyskać w układzie sterującym ruchem stolika XY. W celu uzyskania wspomnianej funkcjonalności należy umożliwić regulację wzmocnienia sygnału st[...]

Wytwarzanie mikro- i nanostruktur metodami mikroskopii bliskich oddziaływań

Czytaj za darmo! »

Nanolitografia, przy użyciu lokalnej anodyzacji powierzchni, techniką mikroskopii bliskich oddziaływań pozwala na tworzenie wzoru bezpośrednio na modyfikowanym materiale bez konieczności osadzania rezystu [1]. Lokalna anodyzacja powierzchni jest odpowiednikiem konwencjonalnej anodyzacji, przy czym zmianie ulega skala procesu (rys. 1). Przewodzące mikroostrze mikroskopu sił atomowych, o średn[...]

Uniwersalny sterownik na bazie mikrokontrolera ATmega128 dla mikroskopii bliskich oddziaływań


  Od czasu skonstruowania mikroskopu skaningowego przez G. Binninga i M. Rohrera, zaobserwowano duży postęp w metrologii mikro- i nanostruktur [1]. Możemy dziś obserwować obiekty o skrajnie małych rozmiarach geometrycznych m.in. za pomocą technik bliskiego pola, wykorzystujących różne zjawiska fizyczne. Postęp zainicjował skonstruowanie mikroskopu sił atomowych, który pozwolił na badanie materiałów nieprzewodzących elektrycznie [2]. W ten sposób mikroskop tunelowy wraz z mikroskopem sił atomowych, które stanowią zasadniczy trzon mikroskopii bliskich oddziaływań, znalazły zastosowanie w badaniach chemicznych, biologicznych, a także w zakresie inżynierii materiałowej w skali mikro-, jak i nano. Tak szybki rozwój wspomnianych technik spowodował coraz to większe zapotrzebowanie na nowe konstrukcje systemów kontrolno-pomiarowych przeznaczonych do badań mikro- i nanostruktur. We współczesnych systemach, konstruowanych samodzielnie w laboratoriach badawczych, jednym z najważniejszych problemów konstrukcyjnych do rozwiązania, jest użycie odpowiedniego systemu komunikacji i sterowania poszczególnymi komponentami całego systemu, którym może być mikroskop bliskich oddziaływań. Współcześnie obserwujemy znaczny wzrost mocy obliczeniowej nie tylko procesorów, ale również różnych klas mikrokontrolerów czy procesorów sygnałowych, któremu towarzyszy spadek ceny i wzrost funkcjonalności. Tematem pracy jest budowa urządzenia kontrolno-pomiarowego, które swoją uniwersalnością i stosunkowo niskim kosztem, mogłoby zastąpić w pewnych zastosowaniach poprzedni, odpowiednio droższy, system bazujący na procesorze sygnałowym TigerSharc firmy Analog Devices [2]. Do realizacji projektu wybrano ośmiobitowy mikrokontroler jednoukładowy ATmega128, firmy Atmel [3] oraz układ logiki programowalnej XC75144XL, której producentem jest Xilinx [4]. K[...]

32 - kanałowy cyfrowy regulator PID na bazie układu FPGA do zastosowań w mikroskopii sił atomowych


  Skaningowa mikroskopia sił atomowych to nowoczesna metoda badań powierzchni. Umożliwia m.in. pomiar topografii powierzchni na poziomie ułamków nanometrów. Ograniczeniem wielu przemysłowych zastosowań tej metody jest jednak stosunkowo małe pola skanowania, które wynosi zwykle 100 na 100 μm. Rozwiązaniem problemu może być zastosowanie do pomiarów powierzchni zamiast pojedynczej sondy matrycy belek [1]. Umożliwi to proporcjonalne skrócenie czasu pomiaru w przeliczeniu na zmierzoną powierzchnię. Zwiększenie liczby mikrobelek zastosowanych do pomiaru wiąże się jednak z proporcjonalnym rozbudowaniem systemu pomiarowego. Tor pomiarowy mikroskopu sił atomowych (ang. Atomic Force Microscope) dla pojedynczej sondy pomiarowej przedstawiono na rys. 1. W przypadku zastosowania matryc[...]

Analiza szumów w mikro-mechanicznych czujnikach rezonansowych

Czytaj za darmo! »

Mikromechaniczne czujniki rezonansowe są stosowane do pomiaru małej siły, masy i lepkości. Po odpowiedniej funkcjonalizacji powierzchni mogą być wykorzystywane jako czujniki biochemiczne do detekcji oddziaływań molekularnych. Występujący w tych układach szum jest najważniejszym czynnikiem ograniczającym czułość na zmiany mierzonej wielkości i rozdzielczość pomiaru. Szczególne znaczenie ma szum mechanicznych drgań termicznych, który może pełnić również istotną rolę w procesie pomiaru właściwości mechanicznych układu. W pracy przedstawiono modele matematyczne wybranych szumów występujących w układach rezonansowych, zwracając szczególną uwagę na szum termicznych drgań mechanicznych. Zaprezentowano układ pomiarowy do badania szumów mikrobelek sprężystych z piezorezystywnym detektorem ugięcia. Układ ten wykorzystano do pomiaru mechanicznych właściwości drgań termicznych mikrobelki wykonanej w Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie. Abstract. Micromechanical resonant sensors are widely applied to measurements of low forces, masses and viscosity. After surface functionalization they might be used as biochemical sensors for intermolecular force detection. The noise existing in those devices is the main factor limiting the device sensitivity and the measurement resolution. Furthermore, the analysis of mechanical thermal noise of the microcantilever can play main role in a calibration process of sensor mechanical properties. In the paper the mathematical models for 1/f noise, Johnson-Nyquist noise and thermal oscillations noise in frequency domain are presented. The special attention is paid on mechanical thermal noise and its connections with mechanical properties of the system. It is shown that only thermal noise analysis is able to determine system spring constant and that the methods based on the system transmittance analysis fail due to inseparability of the system effective mass and the system spring constant or due to the lack of calib[...]

Układ lock-in z cyfrową syntezą częstotliwości w technice FPGA


  Układy typu lock-in umożliwiają detekcję sygnału o określonej częstotliwości nawet w otoczeniu szumów przekraczających 1000 razy amplitudę badanego przebiegu. Urządzenie działa jak filtr pasmowo-przepustowy o niezwykle wąskim paśmie i dużej dobroci [1]. W trakcie pomiaru wykorzystywana jest technika znana jako detekcja fazoczuła, wymagająca sygnału referencyjnego o ściśle określonych parametrach. Lock-in znany jest również pod nazwami nanowoltomierz, woltomierz homodynowy, prostownik fazoczuły. Znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach nauki m.in. do pomiarów tłumienia światłowodów, częstotliwości rezonansowych układów elektronicznych czy właściwości materiałowych powierzchni (jako element mikroskopu AFM). Pierwsze układy detekcji fazoczułej wykonywane były za pomocą elementów analogowych. Dynamiczny rozwój techniki cyfrowej pozwolił na skonstruowanie numerycznych układów lock-in o lepszej stabilności i dokładności pomiaru oraz znacznie większej rezerwie dynamicznej niż ich analogowe odpowiedniki [2-4]. Artykuł opisuje własną konstrukcję cyfrowego detektora wykonanego na bazie techniki FPGA i popularnych przetworników A/C i C/A, kontrolowanego przez komputer PC. Detekcja fazoczuła i synteza częstotliwości Kluczowymi elementami układu lock-in są detektor fazy PSD (Phase Sensitive Detector) i generator. Istotą detekcji fazy jest pomiar składowej sygnału o bardzo dokładnie określonej częstotliwości. Wybór częstotliwości odniesienia odbywa się poprzez sygnał referencyjny. Może on być doprowadzony z zewnętrznego źródła, lub generowany wewnątrz układu, np. za pomocą bezpośredniej syntezy cyfrowej DDS (Direct Digita[...]

Skaningowy mikroskop tunelowy do badań nanostruktur grafenowych


  Skaningowy mikroskop tunelowy (ang. Scanning Tunneling Microscope, STM) zosta. skonstruowany przez Binniga i in. w 1982 r. [1]. Jest on urz.dzeniem powszechnie stosowanym do bada. powierzchni. STM wraz z technikami pokrewnymi, takimi jak: STM zmiennopr.dowy [2], skaningowa spektroskopia tunelowa [3], skaningowa potencjometria tunelowa STP (ang. Scanning Tunneling Potentiometry) [4], czy STM w cieczy [5] pozwala na badania w skali atomowej powierzchni przewodz.cych. Powoduje to, .e dotychczas STM by. szeroko stosowany w warunkach ultra wysokiej pro.ni UHV (ang. Ultra High Vacuum), w powietrzu za. badania ogranicza.y si. najcz..ciej do obserwacji grafitu lub z.ota. Oceniamy, .e odkrycie w 2004 roku przez Andre Geima i Konstantina Novoselova grafenu [6], monowarstwy z.o.onej z atomow w.gla tworz.cych struktur. heksagonaln., wywo.a.o ponowne zainteresowanie mikroskopi. tunelow. jako technik. pozwalaj.c. na atomowe obrazowanie powierzchni w powietrzu. W pracy przedstawiono mikroskop STM wykonany w Zak.adzie Metrologii Mikro- i Nanostruktur, Wydzia.u Elektroniki Mikrosystemow i Fotoniki Politechniki Wroc.awskiej (ZMMiN WEMIF PWr). Mikroskop ten pracuje w powietrzu, w temperaturze pokojowej. Urz.dzenie to jest przeznaczone g.ownie do badania struktur grafenowych przetwornikow elektromechanicznych, co narzuca.o specjalistyczn. architektur. systemu. Dotyczy to mi.dzy innymi stworzenia mo.liwo.ci obrazowania z atomow. rozdzielczo.ci. zawieszonych p.atkow grafenowych pe.ni.cych funkcj. membrany lub te. belki dwustronnie zamocowanej, z jednoczesn. mo.liwo.ci. ich polaryzowania oraz pobudzania do drga.. Opisano poszczegolne elementy, z ktorych sk.ada si. ca.y system pomiarowy i steruj.cy. Ponadto przedstawiono wyniki niektorych bada. przeprowadzonych na mikroskopie wykonanym w ZMMN WEMIF PWr.: wysoko zorientowanego grafitu pirolitycznego HOP G (ang. Highly Oriented Pyrolitic graphite) i grafenu na pod.o.u 6H-SiC. Na zako.czenie zosta.y p[...]

Mikroskopia sił atomowych z zastosowaniem matryc mikrodźwigni sprężystych


  Skaningową mikroskopię sił atomowych wynaleziono w 1986 roku w laboratoriach IBM w Zurychu. Bardzo szybko stała się podstawową metodą badania powierzchni. Wynikało to z unikalnych możliwości mikroskopii AFM jako przyrządu pomiarowego. Metoda umożliwia wykonanie pomiaru topografii powierzchni i wyznaczenia wymiarów struktur we wszystkich trzech kierunkach z subnanometrową rozdzielczością. Dzięki swoim właściwościom metrologicznym mikroskopia AFM znalazła przede wszystkim zastosowanie w pomiarach powierzchni półprzewodnikowych, pozwalając obserwować układ atomów na powierzchni. Pozwoliło to na obserwację sposobu wbudowywania się atomów domieszki i ich wpływ na organizację krystalograficzna powierzchni półprzewodnika. Możliwa stała się również dokładna analiza defektów krystalograficznych, niedopasowań sieciowych czy nieciągłości monowarstw atomowych. Mikroskopia sił atomowych stosowana jest obecnie również do pomiarów struktur biologicznych i chemicznych. Metoda ta umożliwia obserwację pojedynczych cząsteczek i struktur biologicznych, takich jak nici DNA czy chromosomów. Zastosowanie mikroskopii bliskich oddziaływań umożliwiło znaczny postęp we wszystkich dziedzinach nauki, gdzie konieczna była obserwacja struktur o wymiarach nanometrowych. W dalszym ciągu mikroskopia AFM jest również przedmiotem badań, poszukiwane są nowe metody pomiarowe, jak również sposoby zastosowania mikroskopii w innych dziedzinach badawczych i technologicznych. Niestety zastosowanie mikroskopii sił atomowych ogranicza się przede wszystkim do badań laboratoryjnych. W dalszym ciągu metody tej nie można zastosować w przemyśle do pomiarów na liniach technologicznych. Podstawowym ograniczeniem jest zbyt mała szybkość wykonywania pomiaru. Przykładowo dla pomiaru z rozdzielczością 512 × 512 punktów przy szybkości skanera 1 s/linię czas pomiaru powierzchni wynosiłby około 9 minut. Dodatkowo, powierzchnia pojedynczego pomiaru wynosi około 100 × 100 μm. J[...]

 Strona 1