Standaard referentie-uitkragingen voor atoomkrachtmicroscopie veerconstante kalibratie

Atomaire krachtmicroscopie (AFM) is een populaire techniek voor het ondervragen van oppervlakken op micro- en nanoschaal. Het meest voorkomende gebruik voor AFM is beeldvorming; er zijn echter verschillende meer gespecialiseerde AFM-technieken die kunnen worden gebruikt om elektrische, mechanische en chemische eigenschappen van oppervlakken te bepalen. Om de toepassing van krachten op oppervlakken voor deze technieken (vooral metingen van mechanische eigenschappen) adequaat te beheersen, moeten nauwkeurige stijfheidskalibraties van testuitkragingen worden gebruikt.

Er zijn verschillende kalibratietechnieken voor vrijdragende stijfheid beschikbaar, gebaseerd op dimensionale, statische kracht en verplaatsing, en dynamische trillingsmethoden, maar over het algemeen hebben deze grote onzekerheden in het bereik van ± 10% tot ± 30% en onbekende nauwkeurigheid. Meer rigoureuze gekalibreerde balanstechnieken, met SI-traceerbaarheid, zijn gepionierd, meestal door National Metrology Institutes (NMI’s), maar vanwege hun complexiteit, kosten en tijdrovende werking zijn ze een onbereikbare techniek voor de meeste AFM-onderzoekers. De referentie-uitkragingen vertegenwoordigd door NIST SRM 3461 zijn een nauwkeurig en nauwkeurig krachtkalibratie-artefact voor gebruik in het veld.

SRM 3461 is een microfabricaat van silicium met zeven cantilevers van draaglengte en stijfheid en wordt gebruikt voor het valideren van methoden voor het bepalen van de stijfheid van atomic force microscope (AFM) cantilevers en voor het rechtstreeks kalibreren van AFM-testcantilevers met behulp van de referentie-cantilevermethode.

Een eenheid van SRM 3461 bestaat uit één microvervaardigd siliciumapparaat van ongeveer 1,6 mm bij 3,0 mm met aan het uiteinde een reeks van zeven (7) uniforme, rechthoekige uitkragingen van verschillende lengte en stijfheid. Elke cantilever is nominaal 50 μm breed en 1,45 μm dik met lengtes van 300 μm tot 600 μm in stappen van 50 μm. Het apparaat wordt geleverd op een gelfilm van polydimethylsiloxaan (PDMS) in een beschermende antistatische behuizing met een verwijderbare bovenkant. Het kan worden gebruikt zoals het is door de bovenkant tijdelijk te verwijderen of kan voorzichtig worden overgebracht naar een geschikte alternatieve houder. SRM 3461 is gemicrofabriceerd, verpakt en gekalibreerd in een cleanroom-omgeving om blootstelling aan stof, vuil en verontreinigingen te minimaliseren. De meegeleverde verpakking is bedoeld om het apparaat te beschermen tijdens verzending en opslag in niet-cleanroom laboratoriumomgevingen. Het apparaat moet bij kamertemperatuur (20 °C ± 5 °C) worden bewaard wanneer het niet in gebruik is.