Кантилевер

Кантилевер
Схематичное изображение зонда для сканирующей атомно-силовой микроскопии
Кантилевер в сканирующем электронном микроскопе (увеличение 1000×)
Игла кантилевера после использования (увеличение 3000×)
Острие иглы кантилевера после использования (увеличение 50 000×)

Кантиле́вер (англ. cantilever — кронштейн, консоль) — устоявшееся название наиболее распространенной в сканирующей атомно-силовой микроскопии конструкции микромеханического зонда.

Содержание

Устройство

Кантилевер представляет собой массивное прямоугольное основание, размерами примерно 1,5×3,5×0,5 мм, с выступающей из него балкой (собственно кантилевером), шириной порядка 0,03 мм и длиной от 0,1 до 0,5 мм. Одна из сторон балки является зеркальной (иногда для усиления отражённого лазерного сигнала на неё напыляют тонкий слой металла, например, алюминия), что позволяет использовать оптическую систему контроля изгиба кантилевера. На противоположной стороне балки на свободном конце находится игла, взаимодействующая с измеряемым образцом. Форма иглы может значительно изменяться в зависимости от способа изготовления. Радиус острия иглы промышленных кантилеверов находится в пределах 5—90 нм, лабораторных — от 1 нм.

Изготовление

Как правило, вся конструкция, за исключением, быть может, иглы, является кремниевым монокристаллом. Также кантилеверы изготавливают из нитрида кремния (Si3N4) или полимеров. Процесс производства схож с производством кремниевого электронного оборудования, и включает сухое либо жидкофазное вытравливание подложки. Таким образом, кантилеверы удобны для массового производства.

Принцип работы

Следующие два уравнения являются ключевыми для понимания принципа работы кантилеверов. Первое — так называемая формула Стоуни (англ. Stoney’s formula), которое связывает отклонение конца балки кантилевера δ с приложенным механическим напряжением σ:


\delta = \frac{3\sigma\left(1 - \nu \right)}{E} \left(\frac{L}{t}\right)^2

где ν — коэффициент Пуассона, E — модуль Юнга, L — длина балки, и t — толщина балки кантилевера. Отклонение балки регистрируется чувствительными оптическими и емкостными датчиками.

Второе уравнение устанавливает зависимость коэффициента упругости кантилевера k от его размеров и свойств материала:


k = \frac{F}{\delta} = \frac{Ewt^3}{4L^3}

где F — приложенная сила, и w — ширина кантилевера. Коэффициент упругости связан с резонансной частотой кантилевера \omega_0 по закону гармонического осциллятора:

\omega_0 = \sqrt{k/m}.

Изменение силы, приложенной к кантилеверу может привести с сдвигу резонансной частоты. Сдвиг частоты может измерен с большой точностью по принципу гетеродин.

Одной из важных проблем при практическом использовании кантилевера является проблема квадратичной и кубической зависимости свойств кантилевера от его размеров. Эти нелинейные зависимости означают, что кантилеверы довольно чувствительны к изменению параметров процесса. Контроль остаточной деформации также может представлять сложность.

См. также

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Кантилевер" в других словарях:

  • кантилевер — Термин кантилевер Термин на английском cantilever Синонимы Аббревиатуры Связанные термины атомно силовая микроскопия, биосенсор, зонд, сканирующая зондовая микроскопия Определение устоявшееся название наиболее распространенной в сканирующей… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • кантилевер —  Cantilever  Кантилевер (консоль)   Название распространенной конструкции микроэлектромеханического зонда атомно силового микроскопа. Представляет собой гибкую балку (175х40х4 мкм усредненные данные) с определенным коэффициентом жесткости k (10 3 …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

  • Сканирующий атомно-силовой микроскоп — Атомно силовой микроскоп Атомно силовой микроскоп (АСМ, англ. AFM atomic force microscope)  сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения. Используется для определения рельефа поверхности с разрешением от дес …   Википедия

  • атомно-силовая микроскопия — Термин атомно силовая микроскопия Термин на английском atomic force microscopy Синонимы scanning force microscopy Аббревиатуры АСМ, AFM, SFM Связанные термины манипуляция атомами, кантилевер, литография, микроскопия, нанотрибология, поверхность,… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Связующие элементы в фигурном катании — Связующие элементы в фигурном катании  относительно простые элементы, объединяющие разрозненные сложные элементы в цельную программу. Выполняются в такт музыке. «Сложные» элементы в настоящее время жёстко стандартизованы, поэтому… …   Википедия

  • зонд — Термин зонд Термин на английском probe Синонимы Аббревиатуры Связанные термины атомно силовая микроскопия, кантилевер, сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия, микроскопия зондовая Определение в широком смысле датчик …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Сканирующий зондовый микроскоп — Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ, англ. SPM Scanning Probe Microscope)  класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом …   Википедия

  • сканирующая зондовая микроскопия — Термин сканирующая зондовая микроскопия Термин на английском scanning probe microscopy Синонимы Аббревиатуры СЗМ, SPM Связанные термины "умные" материалы, атомно силовая микроскопия, манипуляция атомами, кантилевер, микроскоп,… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • биосенсор — Термин биосенсор Термин на английском biosensor Синонимы Аббревиатуры Связанные термины активный центр катализатора, антитело, белки, биоинженерия, биомедицинские микроэлектромеханические системы, биополимеры, ДНК зонд, ДНК микрочип, кантилевер,… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др. — Статьи"квантовый загон"атомно силовая микроскопиябиологические моторыбиомиметические наноматериалыбиосовместимые покрытиявекторы на основе наноматериаловгенная инженерияДНКДНК микрочипдоставка геновзондкантилевер …   Энциклопедический словарь нанотехнологий


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»