Mesures statiques

Le montage peut être représenté par le schéma suivant (fig. 2.2).

Fig. 2.2 : Schéma de notre montage CR-AFM statique incluant une détection synchrone (7280 de Signal Recovery)

et piloté par des scripts Labview.

Dans ce montage, le microscope AFM doit donner accès au signal non-filtré de la photodiode jusqu’à

des hautes fréquences. Dans notre cas, le Dimension 3100 permet via la SAM box de relever les

variations verticales et latérales de la tension émise par la photodiode et ceci jusqu’à 2 MHz sans

subir de filtrage de la part de l’électronique. Pour certaines générations de microscope Veeco plus

récente, il s’est avéré que le signal était filtré au-delà de 800 kHz.

Pour la génération du signal sinusoïdal, nous avons préféré utiliser le générateur interne de la

détection synchrone 7280 de Signal Recovery ^{[Bandwidth2005]}. D’une part, cela permet à son électronique

de se caler plus rapidement sur la fréquence d’excitation, et ensuite il s’agit de la solution la plus

naturelle aussi bien au niveau de la synchronisation que de l’asservissement informatique.

Le détecteur synchrone change de fréquence toute les millisecondes et peut monter jusqu’à une

fréquence d’excitation de 2MHz avec une amplitude maximum de 2.96 Vcc. Au premier abord, cela

peut sembler limité comparé à la capacité d’un générateur de fonction du type Agilent 33220, plus

rapide et balayant une plus large gamme (jusqu’à 20 Mhz), mais dans le cas d’une analyse statique

cela s’avère suffisant. ^[Hurley2009]

Spectre CR

Contrôle 7280

Signaux de contrôle

Cantilever

Diode LASER

Photodiode

Pointe

Système d’excitation

SAM box

Logiciel de

contrôle de

l’AFM et

acquisition des

images

topographiques

Microscope AFM Dimension 3100 Veeco

Signaux de la

photodiode

PC AFM

Nanoscope IIIa

Electronique de

l’AFM

Lock-in 7280

Détecteur

synchrone :

génération du

signal

d’excitation et

enregistrement

de la réponse

du cantilever

Logiciel

Labview de

contrôle du

détecteur

synchrone et

acquisition

des spectres

CR

PC de pilotage

A

Osc Out

Echantillon

Fiches vers le

haut

Extender

In 0 : signal

photodiode

flexion

Le traitement du signal est assuré par cette même détection synchrone à l’aide de s

détection de phase (PSD). Cette électronique

l’appareil, la réponse en amplitude

d’excitation. ^{[Bandwidth2005]} Le spectre en fréquence est ensuite reconstruit

ces points, ce qui permet le repérage des modes de résonance

suivre en temps réel les pics de réson

sans subir de décrochages.

Enfin, l’asservissement informatique et la récupération des données sont gérés par une application

développée par nos soins sous Labview (National Instrument)

raison des instruments utilisés compatibles

d’automatiser et surtout de synchroniser l’ensemble d

assure ainsi le paramétrage de l’excitati

données reçues (fig. 2.3).

Fig. 2.3 : Interface de contrôle du système CR

L’ensemble des scripts nécessaires a

et dynamiques CR-AFM » (fig. 2.4).

Les spectres ainsi que les paramètres de mesure sont enregistrés en format «

colonnes alphanumériques qui seront ensuite exploitée

Synergie Software, à même de gérer l’importante quantité

ignal est assuré par cette même détection synchrone à l’aide de s

Cette électronique va permettre d’enregistrer sur la

amplitude du cantilever (mode flexion) en fonction de

Le spectre en fréquence est ensuite reconstruit sur l’ordinateur,

ce qui permet le repérage des modes de résonance. Une méthode alternative serait

es pics de résonance, mais la bande passante de l’appareil ne

l’asservissement informatique et la récupération des données sont gérés par une application

s Labview (National Instrument). Cette automatisation est possible en

raison des instruments utilisés compatibles avec cette application, ce qui

d’automatiser et surtout de synchroniser l’ensemble de la chaine de mesure.

de l’excitation en fréquence, puis la récupération

Interface de contrôle du système CR-AFM statique (commande et traitement des résultats)

mble des scripts nécessaires a été regroupé dans le même programme « acquisitions statiques

(fig. 2.4).

spectres ainsi que les paramètres de mesure sont enregistrés en format «

qui seront ensuite exploitées grâce au logiciel tableur Kaleidagraph de

à même de gérer l’importante quantité de données reçues.

49

ignal est assuré par cette même détection synchrone à l’aide de son système de

mémoire interne de

(mode flexion) en fonction de la fréquence

sur l’ordinateur, à partir de

. Une méthode alternative serait de

ance, mais la bande passante de l’appareil ne le permet pas

l’asservissement informatique et la récupération des données sont gérés par une application

automatisation est possible en

cette application, ce qui nous permet ici

chaine de mesure. Notre programme

et le traitement des

AFM statique (commande et traitement des résultats)

acquisitions statiques

spectres ainsi que les paramètres de mesure sont enregistrés en format « txt » sous forme de

ableur Kaleidagraph de

50

Fig. 2.4

Nous obtenons au final, des spectres retraçant l’évolution de l’amplitude de la réponse en flexion en

fonction de la fréquence d’excitation appliquée. L’étude de ces graphiques permet ensuite

d’identifier et de répertorier les différen

exploitation de ces données par des modèles afin de remonter aux propriétés mécaniques des

matériaux sondés.

0

1

2

3

4

5

0

A

m

p

lit

u

d

e

d

e

l

a

r

é

p

o

n

s

e

(

m

V

)

Fig. 2.5 : Spectre d’un levier en silicium MPP21100 (Veeco) en contact un échantillon d’alumine

Ce montage a assuré la réalisation de

dans le chapitre III. Généralement, nous

1 kHz et 2 MHz avec un pas de 250 Hz

signal, elle, dépend du système d’excitation employé

Ce système a l’avantage d’atteindre une précision appréciable grâce à sa détection synchrone et

s’avère simple à mettre en œuvre.

Fig. 2.4 : Modules Labview du système CR-AFM statique

des spectres retraçant l’évolution de l’amplitude de la réponse en flexion en

réquence d’excitation appliquée. L’étude de ces graphiques permet ensuite

d’identifier et de répertorier les différents pics de résonance (fig. 2.5), puis de per

exploitation de ces données par des modèles afin de remonter aux propriétés mécaniques des

400 800 1200 1600

Fréquence d'excitation (kHz)

1e mode

2e mode

3e mode

Spectre d’un levier en silicium MPP21100 (Veeco) en contact un échantillon d’alumine

assuré la réalisation de l’ensemble des travaux de spectrométrie qui seront présentés

dans le chapitre III. Généralement, nous avons employé pour l’excitation des signaux variant entre

avec un pas de 250 Hz et une incrémentation toute les millisecondes.

dépend du système d’excitation employé (cf. II.2).

Ce système a l’avantage d’atteindre une précision appréciable grâce à sa détection synchrone et

s’avère simple à mettre en œuvre. Cependant, sa vitesse d’acquisition constitue sa principale limite.

des spectres retraçant l’évolution de l’amplitude de la réponse en flexion en

réquence d’excitation appliquée. L’étude de ces graphiques permet ensuite

ts pics de résonance (fig. 2.5), puis de permettre une

exploitation de ces données par des modèles afin de remonter aux propriétés mécaniques des

3e mode

Spectre d’un levier en silicium MPP21100 (Veeco) en contact un échantillon d’alumine

l’ensemble des travaux de spectrométrie qui seront présentés

pour l’excitation des signaux variant entre

s millisecondes. L’amplitude du

Ce système a l’avantage d’atteindre une précision appréciable grâce à sa détection synchrone et

constitue sa principale limite.

51

Suffisante pour des acquisitions ponctuelles, elle est trop lente pour envisager une cartographie

CR-AFM. Elle est limitée à 8192 points de mesure avant de saturer la mémoire interne du 7280. La

vidange de cette mémoire vers l’ordinateur ne pouvant se faire qu’après l’acquisition, cela ralentit

d’autant l’enchainement des mesures.

Dans le document AFM à contact résonant : développement et modélisation (Page 65-68)