Пакет компьютерных программ для реконструкции изображений, получаемых с помощью атомно-силового микроскопа

Казанский физико-технический институт (КФТИ) КазНЦ РАН
420029, г. Казань, Сибирский тракт, 10/7
д.ф.-м.н. Бухараев Анастас Ахметович
e-mail: a_bukharaev@kfti.knc.ru
м.н.с. Овчинников Денис Владимирович
e-mail: dovchinnikov@kfti.knc.ru
тел: (843) 231 91 07


Краткая характеристика разработки
Разработка направлена на существенное снижение (в отдельных случаях - полное устранение) искажений в изображениях поверхности, получаемых с нанометровым пространственным разрешением с помощью атомно-силовых микроскопов (АСМ). Такие искажения обусловлены эффектом свертки игла АСМ - поверхность образца. Их. устранение производится численно путем компьютерной обработки экспериментальных АСМ-изображений с помощью оригинального алгоритма деконволюции. Подобная обработка АСМ-изображений позволяет исключить артефакты, связанные с особенностями формы микрозонда АСМ. Этот же алгоритм используется для восстановления реальной формы микрозонда АСМ по тестовым образцам.

Технические характеристики
Время численной реконструкции изображений при использовании РС типа Pentium II (Celeron 333):
а) менее 1 мин при восстановлении формы кончика микрозонда АСМ по тестовому образцу при общем числе точек в изображении 128х128 (около 2 мин при числе точек изображения 256х256)
б) 1-2 мин при реконструкции АСМ изображений, содержащих 128х128 точек (4-8 мин для изображений, содержащих 256х256 точек)

Область применения
* микро- и нанометрология при производстве изделий микроэлеткроники и оптических дисков памяти;
* изучение наноструктур и объектов с развитым рельефом, сформированных на поверхности твердых тел;
* реконструкция изображений биологических объектов (клетки, бактерии и др.).

Ожидаемые результаты
Использование методов численной реконострукции АСМ-изображений позволяет существенно повысить достоверность в отображении поверхности с пространственным разрешением от 1 до 10 нм.

Степень готовности
Пакет программ в течение 4-х лет успешно используется в лаборатории физики и химии поверхности КФТИ при АСМ-исследованиях. В 1999 году он внедрен и начал использоваться в Центре зондовой микроскопии при Нижегородском государственном университете. Программы адаптированы к широко используемым АСМ фирм NT-MDT, TopoMetrix, Digital Instruments.

Примеры использования программ опубликованы в работах Бухараев А.А., Куковицкий Е. Ф., Овчинников Д. В., Саинов Н. А., Нургазизов Н.И. Сканирующая силовая микроскопия каталитических частиц никеля, полученных из углеродных нанотруб // ФТТ. т. 39. № 7. с. 2065-2072 (1997). Бухараев А.А., Бердунов Н.В., Овчинников Д.В., Салихов К.М. ССМ-метрология микро- и наноструктур // Микроэлектроника.. т. 26. № 3. c. 163-175 (1997).

Конкурентоспособность
Разработка защищена Российским патентом № 1778820 (1995г.). Отечественные аналоги отсутствуют.

Экологические сведения
Применение разработки позволяет шире использовать экологически чистые и малоэнергоемкие АСМ и другие зондовые микроскопы вместо растровых электронных микроскопов. Последние, как известно, отличаются значительным энергопотреблением и загрязнением атмосферы используемыми в них масляными вакуумными насосами.