Формирование СЗМ-изображения

Процесс сканирования поверхности в сканирующем зондовом микроскопе имеет сходство с движением электронного луча в электроннолучевой трубке. СЗМ-зонд движется вдоль линии (строки) сначала в прямом, а потом в обратном направлении (строчная развертка), затем переходит на следующую строку (кадровая развертка) (см. рисунок 1). Движение зонда осуществляется с помощью сканера дискретными шагами под действием пилообразных напряжений, формируемых цифро-аналоговыми преобразователями. Регистрация информации о рельефе поверхности производится, как правило, на прямом проходе.

Рисунок 1. Схематическое изображение процесса сканирования

Информация, полученная с помощью сканирующего зондового микроскопа, хранится в виде СЗМ-кадра - двумерного массива (матрицы) целых чисел a_ij. Физический смысл данных чисел определяется той величиной, которая оцифровывалась в процессе сканирования. Каждому значению пары индексов ij соответствует определенная точка поверхности в пределах поля сканирования. Координаты точек поверхности вычисляются с помощью простого умножения соответствующего индекса на величину расстояния между точками, в которых производилась запись информации:

x_i = x₀•i, y_i = y₀•i.

Здесь x₀ и y₀ – расстояния между соседними точками вдоль оси X и Y , в которых производилась запись информации. Как правило, СЗМ кадры представляют собой квадратные матрицы, имеющие размер 2ⁿ (в основном 256×256, 512×512 и 1024×1024 элементов).

Визуализация СЗМ кадров производится средствами компьютерной графики в виде трехмерных (3D) и двумерных (2D) изображений. При 3D визуализации изображение поверхности Z = f(x,y), соответствующей СЗМ данным, строится попиксельно в аксонометрической перспективе. Для построения 2D-изображений используются градиентные палитры, в которых различные высоты рельефа отображаются тоном определенного цвета. На рисунке 2 приведены примеры 2D- и 3D-изображений рельефа поверхности.

а)	б)

Рисунок 2. 2D (a) и 3D (б) изображения поверхности

Локальные СЗМ измерения, как правило, сопряжены с регистрацией

зависимостей исследуемых величин от различных параметров. Например, это зависимости величины электрического тока через контакт зонд-поверхность от приложенного напряжения, зависимости различных параметров силового взаимодействия зонда и поверхности от расстояния зонд-образец. Данная информация хранится в виде векторных массивов или в виде матриц. Для их визуализации в программном обеспечении микроскопов предусматривается набор стандартных средств изображения графиков функций.