Возможности описания статистических свойств рельефа поверхности по данным ACM

Общепринятыми характеристиками шероховатости поверхности, рассчитываемыми по данным ACM, являются величины среднеарифметического и среднеквадратического отклонения (СКО) высоты [8]:

Где средняя высота рельефа отсканированной площадки, a S - площадь ACM- изображения, пo которому производится вычисление. Свойства параметров R_a и R_q довольно схожи. Однако в случае изучения сверхгладких поверхностей, с распределением высот близким к Гауссову распределению, физическим смыслом обладает величина R_q, которая равна ширине пика на полувысоте распределения высот рельефа. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать именно СКО высоты.

В том случае, если известна непрерывная функция рельефа поверхности z(p) на всей площади исследуемого объекта, формула (7) даст истинное значение параметра R_q. В ходе реального АСМ-эксперимента производится дискретное измерение функции z(p) на участке поверхности площади S с ограниченным разрешением. В этом случае параметр R_q, рассчитанный по формуле (7), несет информацию о шероховатости поверхности в масштабе от шага перемещения зонда микроскопа до размера области сканирования. Так, например, для области сканирования 10x10 мкм с разрешением 512x512 точек R_q несет усредненную информацию о шероховатости в диапазоне от 20 нм до 10 мкм.

С увеличением области сканирования измеряемый экспериментально параметр R_q стремится к истинному R_q поверхности, при этом, одновременно, за счет увеличения шага сканирования, вклад малых деталей рельефа в R_q уменьшается.

Таким образом, можно сформулировать следующие особенности использования величины СКО высоты для описания статистических свойств рельефа поверхности по данным ACM. Определение величины R_q по полученному АСМ-изображению-крайне простая и быстрая операция, доступная во всех стандартных пакетах программного обеспечения, которыми комплектуются атомно-силовые микроскопы. Однако величина R_q делается масштабно зависимой, что не позволяет использовать се как единую характеристику шероховатости поверхности. Требует дополнительного анализа вопрос о том, выходит ли на насыщение на масштабах доступных для метода ACM R_q, или растет вместе с ростом размера области сканирования.

При больших площадях сканирования величина R_q не несет в себе информацию о мелких деталях рельефа из-за большого шага сканирования. Величина СКО высоты не несет в себе информацию об анизотропии поверхности. Также следует отметить, что в силу масштабной зависимости величины СКО высоты проводить сравнение этого параметра можно лишь для АСМ-изображений одинакового размера, что на практике неудобно, так как не существует стандарта на размеры получаемых изображений.