Дослідження похибок збільшення (масштабу) цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ-106і (Суми, Україна) за допомогою спеціальних тест-об’єктів

Abstract

Мета. Відомо, що цифровим зображенням мікроповерхонь твердих тіл, отриманим на растрових електронних мікроскопах (РЕМ) різних типів, притаманні значні геометричні спотворення, які можна розділити на дві групи: лінійні (масштабні) і нелінійні (дисторсійні). Їх встановлення і врахування є вкрай важливим завданням, особливо під час створення різноманітних мікропристроїв із застосуванням сучасних нанотехнологій. Це запорука їх надійності, точності та ефективності. Методика. Для встановлення і дослідження дійсних значень основного метричного параметра РЕМ-106І – величин його збільшень (масштабу) були використані спеціальні тест-об’єкти (голографічні тест-решітки з роздільними здатностями r=1425 лін/мм і r=3530 лін/мм), цифрові РЕМ-зображення яких були отримані на РЕМ-106І в діапазоні збільшень від 1000х до 30000х. Опрацювання (вимірювання) цифрових РЕМ-знімків виконувалось за допомогою спеціальної підпрограми “Test-Measuring” програмного комплексу “Dimicros”. Результати. Отримані дійсні значення збільшень РЕМ-зображень тест-об’єктів показали, що їхні відхилення від встановлених значень за шкалою РЕМ становлять: вздовж осі х знімка – від приблизно + 2 % (при Мх від 1000х до 5000х) до – 1 % (за Мх від 8000х до 30000х), а вздовж осі у знімка – від + 1 % (за Мх від 1000х до 5000х) до – 4 % (за Мх від 8000х до 30000х). Точність вимірів Мх становить приблизно ± 0,5 %. Отже, спотворення масштабів РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ-106І вітчизняного виробництва, порівняно незначне. Однак під час високоточних досліджень кількісних параметрів мікроповерхонь твердих тіл його необхідно враховувати. Наукова новизна. Таке дослідження РЕМ-106І виконувалось в Україні вперше. Запропонована технологічна схема досліджень і використане авторське програмне забезпечення показали його ефективність і доцільність. Практична значущість. Застосування цієї технології і встановлення дійсних значень збільшень (масштабу) цифрових РЕМ-зображень мікроповерхонь твердих тіл дає змогу з високою точністю встановлювати їх просторові кількісні параметри, а отже, підвищувати надійність і ефективність виготовлених з них пристроїв, механізмів, матеріалів тощо. Цель. Известно, что цифровым изображениям микроповерхностей твердых тел, полученным на растровых электронных микроскопах (РЭМ) различных типов, присущи значительные геометрические искажения, которые можна разделить на две группы: линейные (масштабные) и нелинейные (дисторсионные). Их установление и учет является крайне важной задачей, особенно при создании разнообразных микроустройств с применением современных нанотехнологий. Это залог их надежности, точности и эффективности. Методика. Для установления и исследования действительных значений основного метрического параметра РЭМ-106И – величин его увеличений (масштаба) были использованы специальные тест-объекты (голографические тест-решетки с разрешениями r = 1425 и r = 3530 лин/мм ), цифровые РЭМ-изображения которых были получены на РЭМ-106И в диапазоне увеличений от 1000х до 30000х. Обработка (измерение) цифровых РЭМ-снимков выполнялась с помощью специальной подпрог- раммы “Test-Measuring” программного комплекса “Dimicros”. Результаты. Полученные действительные значения увеличений РЭМ-изображений тест-объектов показали, что их отклонения от установленных значений по шкале РЭМ составляют: вдоль оси х снимка – от примерно + 2 % (при Мх от 1000х до 5000х) до – 1 % (при Мх от 8000х до 30000х), а вдоль оси у снимка – от + 1 % (при Мх от 1000х до 5000х) до – 4 % (при Мх от 8000х до 30000х). Точность измерений Мх составляет примерно ± 0,5 %. Таким образом искажения масштабов РЭМ-изображений, полученных на РЭМ-106И отечественного производства, относительно незначительны. Однако при высокоточных исследованиях количественных параметров микроповерхностей твердых тел его необходимо учитывать. Научная новизна. Такого рода исследования РЭМ-106И выполнялись в Украине впервые. Предложенная технологическая схема исследований и использованное авторское программное обеспечение показали его эффективность и целесообразность. Практическая значимость. Применение данной технологии установления действительных значений увеличений (масштаба) цифровых РЭМ-изображений микроповерхностей твердых тел позволяет с высокой точностью устанавливать их пространственные количественные параметры, и следовательно, повышать надежность и эффективность изготовленных из них устройств, механизмов, материалов и т.д. Purpose. It is known that digital images microsurface solids obtained by scanning electron microscopy (SEM) of various types, as characterized by considerable scale and geometric distortion. Therefore, their establishment and accounting is an extremely important task, especially when creating a variety of microdevices with modern nanotechnology. This is a guarantee of reliability, accuracy and efficiency. Methodology. To establish and research actual values of the main parameters of the metric SEM-106I – value of its magnification (scale) special test objects (holographic grating test with permissions r = 1425 lines/mm and r = 3530 lines/mm)were used. Their digital SEM images were obtained on SEM-106I in 1000h magnification range of up to 30000h. Processing (measurement) of the digital SEM images was performed using a special module “Test-Measuring” of software complex “Dimicros”. Results. Obtained actual values of magnification of SEM images of test objects showed that their deviations from the value established on the SEM are: along the x-axis of image – from about + 2% (for Mx from 1000h to 5000h) to – 1 % (for Mx from 8000h to 30000h), and along the y-axis of image – from + 1% (for Mx from 1000h to 5000h ) to – 4 % (for Mx from 8000h to 30000h). Measurement accuracy is approximately Mх ± 0,5%. Thus the distortion of scales of SEM images obtained on SEM-106I of domestic production are relatively minor. However, when highprecision studies of quantitative parameters of solid microsurface it has to be considered. Scientific novelty. This kind of research of SEM-106I was performed for the first time in Ukraine. The proposed technological scheme of research and using copyrighted software demonstrated its effectiveness and feasibility. The practical significance. Applying this technology to establish the actual values of magnification (scale) of digital SEM images of solid microsurface allows establish with high precision quantitative their spatial parameters, and hence improve the reliability and efficiency of devices, mechanisms, materials, etc made therefrom.