Dynamic Modeling of Multimode Resonance Measuring Mode in Atomic-Force Microscopy with Piezoresistive, Self-Actuating Cantilevers

Abstract

The development of fast, qualitative and quantitative material characterization methods is one of the most important current issues in the field of nanosystems metrology. On this evidence it seems to be important to conduct a research on the capabilities of multimode resonance imaging mode in atomic-force microscopy (AFM) that allows broadening AFM capabilities in quality of nanonscale structures metrology and nano-object image quantitative analysis. The subject of this paper is modeling of physical phenomena that arise during the creation of such systems that describes coherent mechanic and electric phenomena in self-sensing and self-actuating cantilevers operating in multi-frequency resonance mode. The outcome of the research is represented by a virtual dynamic AFM model that allows understanding the signal generation process in AFM control and measuring circuits during sample scanning in multi-frequency mode

Проблема разработки высокоскоростных методов качественной и количественной характеризации материалов является одной из важнейших задач метрологии наносистем. В связи с этим представляет интерес исследование возможностей многомодового резонансного режима атомно-силовой микроскопии (АСМ), позволяющего расширить возможности АСМ в направлении повышения качества и достоверности количественного анализа изображений наноразмерных структур и нанообъектов. Предметом данной работы является рассмотрение вопросов создания динамической модели, описывающей взаимосвязанные механические и электрические процессы в саморегистрирующих активных кантилеверах, функционирующих в многочастотном резонансном режиме. Итогом работы является компьютерная динамическая модель АСМ, позволяющая исследовать процессы формирования сигналов, в управляющем и измерительных контурах АСМ при сканировании образцов в многочастотном режиме