Как сделать кантилевер
Добавил пользователь Alex Обновлено: 04.10.2024
Зондирование поверхности образцов в атомно-силовом микроскопе производится с помощью специальных зондовых датчиков, представляющих собой упругую консоль кантилевер (cantilever) с острым зондом на конце, от характеристик которого сильно зависит качество получаемых АСМ-изображений. Кантилевер являются расходной деталью, поскольку в процессе сканировании образцов происходит затупление острия иглы.
Наиболее распространенными и используемыми являются модели кантилеверов из монокристаллического кремния. Технология изготовления кремниевых кантилеверов основана на анизотропном жидкостном травлении кремния в растворах гидроксида калия (KOH), тетраметиламмония (TMAH) и этилендиамина (EDP), которая так же широко используется при изготовлении различных элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС), например, чувствительных элементов датчиков давления и ускорения, кантилеверов, микрозеркал и др.
Разработка технологии изготовления
При изготовлении кантилеверов использовались кремниевые пластины КДБ 12 с ориентацией (100), диаметром 150 мм, толщиной 500 мкм и отполированные с двух сторон. На первом этапе на лицевой стороне пластины изготавливается маска из толстого SiO2 (толщиной около 1 мкм) для будущих кремниевых игл и проводится анизотропное травление в сильно-концентрированном растворе KOH для формирования игл кантилеверов, высотой 11‑15 мкм. На Рис 1 показана РЭМ-изображение кремниевой иглы вытравленной в сильно-концентрированном растворе KOH.
Рис. 1. РЭМ-изображение кремниевой иглы вытравленной в сильно-концентрированном растворе KOH.
Лицевая сторона со сформированными иглами легировалась фосфором посредством диффузии и высокотемпературного отжига на глубину 5‑6 мкм. Сформированный p-n переход необходим для проведения процесса электрохимического стоп-травления, в ходе которого формируются кремниевая мембрана, толщина которой определяется n-слоем. Электрохимическое стоп-травление основано на остановке травления в области p-n перехода при приложении положительного потенциала анодной пассивации на слой n-типа, сформированного на подложке p-типа кремния, относительно травящего раствора KOH.
Далее на лицевой стороне пластины изготавливается маска из SiO2 для консоли кантилевера, а на обратной стороне пластины формируется маска из нитрида кремния Si3N4 для последующего вытравливания оснований кантилеверов к которым крепятся консоли. Омические контакты к n- и p-слою кремния формировались посредством магнетронного напыления алюминия. Для защиты лицевой стороны пластин при электрохимическом травлении в KOH использовалась герметичная кассета из фторопласта.
Электрохимическое травление пластин проводилось в 30% растворе гидроксида калия KOH при температуре 70°C, при данной концентрации и температуре скорость травления кремния в направлении составляет приблизительно 44 мкм/час. В процессе травления измерялась временная зависимость тока In, протекающего между слоем n-типа кремния и электродом, находящемся в растворе KOH. Из временной зависимости тока In определялся момент завершения процесса стоп-травления, т.е. когда остановка травления происходит на самой границе p-n перехода.
На Рис. 2 показана фотография участка кремниевой пластины, которая подсвечена с обратной стороны. Кремниевые мембраны с толщинами менее 22 мкм являются оптически проницаемым и имеют различные оттенки коричневого в зависимости от их толщины, что соответственно видно из фотографии.
Рис. 2. Фотография участка кремниевой пластины с сформированными мембранами, которая подсвечена с обратной стороны.
Далее из полученных мембран производилось вытравливание в 30% растворе KOH балок кантилеверов в ходе которого травление идет с обеих сторон мембраны, так что в результате толщина балок получалась примерно в два раза меньше толщины мембраны. На Рис. 3 показаны РЭМ‑изображения кремниевого кантилевера с толщиной балки ≈ 3 мкм, длиной ≈ 170 мкм и имеющем резонансную частоту около 150 кГц. Геометрические параметры кантилеверов, например такие как длина консоли для различных типов кантилеверов регулируются посредством изменения маски в латеральном направлении.
Для увеличения сигнала отражения от обратной стороны консоли методом магнетронного напыления был напылен слой Al толщиной около 40 нм.
Также была отработана технология заострения кончиков игл, позволяющая формировать иглы с радиусом острия меньше 5 нм. На Рис. 4 показано РЭМ-изображения иглы с радиусом острия менее 5 нм.
Рис. 4. РЭМ-изображение иглы с радиусом острия менее 5 нм.
Разработка конструкций и изготовление моделей кантилеверов, имеющих характеристики аналогичные основным зарубежным образцам
Были изготовлены модели кантилеверов, которые являются аналогами зарубежных моделей NSG01, NSG10, NSG30, NSG03, предназначенных для полуконтактного (Semicontact) режима сканирования и модели CSG10, CSG01, CSG30 предназначенные для контактного (Contact) режима сканирования.
На Рис. 5 показан схематичный чертеж и фотография основания изготовленного кантилевера в оптическом микроскопе. Основание трапециевидное в поперечном сечении (см. рисунок) с размерами 1.6x3.4x0.5 мм, на чертеже размеры указаны в микрометрах. Основание для всех моделей является одинаковым.
Рис. 5 Схематичный чертеж и фотография кантилевера в оптическом микроскопе.
Выполняется с сильным наклоном корпуса назад и разведенными в стороны коленями. Иногда сопровождается касаниями льда вытянутой рукой или обеими руками. Положение тела напоминает гимнастический мостик и технический прием для участия в игре-танце лимбо.
Появление этого элемента в программе фигуристов связано с двумя эпизодами:
- Впервые кантилевер продемонстрировали в своем выступлении Фрак и Фрик – американские комики, выступавшие на льду.
- Этот элемент включил в свою программу Илья Климкин, поэтому кантилевер часто называют по имени этого фигуриста.
При выполнении кантилевера важна максимальная выворотность ног во 2 позиции. При сгибании коленей вес корпуса переносится максимально назад, а вес остальной части тела – на ноги. Равновесие удерживается за счет силы пресса.
Официальная группа Александры Трусовой запись закреплена
Наша Сашенька, единственная фигуристка в мире, кто регулярно выполняет в своих программах очень сложный элемент - кантилевер!
Источник: YouTube "Фигурное Катание навсегда. "
Шикарный кантилевер!
Алексей Сычев
Удачи тебе Саша
Лучшая.
Марина Белякова
На кантилевер Саши смотришь всегда завороженно, ибо она побеждает законы физики. А как красиво и грациозно Саша заходит в кантелевер и встает. Никто больше так не может.
Надежда, Ника попала в Хрустальный в 2019, к тому времени кантилевер в исполнении Трусовой уже стал её фирменным элементом на равне с квадами.
Татьяна, я останусь при своем мнении, тк я была там и видела ю, как Ника показывала Саше. Это факт. Дудаков просил показать. Очень хорошо, что они его делают
Татьяна Новикова ответила Татьяне
Татьяна, ну фирменным он никак не может быть, потому что не Саша его изобрела и первая исполнила, но регулярно исполняющей да, пальма первенства у нее!)
Надежда, Не понятно чему могла научить тогда Вероника Сашу, если Саша уже делала кантилевер в своём стиле, а Вероника так его не делает до сих пор. Может вы что-то и видели, но, возможно, не всё слышали и едва ли поняли суть происходящего.
Александр, Саша делала не очень низко, как Ника. Все видела и все слышала. Дело не в этом. Я очень рада за Сашу, что стала хорошо делать.
Надежда, Что значит "низко"? У Вероники кантилевер хуже, чем у Саши. Для начала покажите, где Вероника делает кантилевер не хуже Саши. Ваши рассказы, как Вероника учила кантилеверу Сашу в то время, когда Саша уже умела его делать, просто смешны и нелепы.
И самое главное, что так красиво, эффектно и технично его не делает никто больше
12 сентября в Челябинске прошли контрольные прокаты российских фигуристов в преддверии зимних Олимпийских игр.
Фото: ссылка
С нетерпением ожидали российские зрители и любители фигурного катания выступления фигуристов 12 сентября в Челябинске, на контрольных прокатах в преддверии зимних Олимпийских игр. Особый интерес вызвали у болельщиков этого великолепного вида спорта девушки. Ведь именно российские фигуристки - главные претендентки на медали, а за последние годы невероятно выросла конкуренция на места в сборной страны для поездки в Пекин. Это, как минимум, десять фигуристок, при том, что для участниц от РФ выделено всего три места.
Среди них не только такая опытная фигуристка, серебряный призер Чемпионата мира, воспитанница тренера Мишина, как 24-летняя Елизавета Туктамышева, а также победительница предыдущего мирового первенства Анна Щербакова, чемпионка Европы Алена Косторная, юная 15-летняя воспитанница Этери Тутберидзе Камила Валиева – исполнительница двух четверных в произвольной программе, победительница первенства России среди юниоров 2020 года, и подающие надежды другие спортсменки: Майя Хромых, Софья Самодурова, Елизавета Нугуманова и Дарья Усачева. Они точно постараются сделать все, чтобы побороться за поездку на Олимпиаду. По правилам, поедет тот, кто займет первые три места на чемпионате России. Однако третье место может быть отдано спортсмену по решению тренерского совета.
Оценки на этот раз не выставлялись, но в конечном итоге выступления девушек в Челябинске очень порадовали и превзошли даже самые смелые ожидания болельщиков, хотя почти ни одна из них не обошлась без помарок и падений.
К сожалению, достижения на подобных прокатах не учитываются, но все же имя Александры Трусовой снова достойно внесения в Книгу рекордов Гиннесса. Вспомним, что раньше она уже попадала туда, как первая фигуристка среди женщин, исполнившая четверной тулуп, четверной лутц и четверной флип на соревнованиях. Но пять квадов в одной программе заслуживают отдельного внимания.
Для многих Александра Трусова неофициально самая сильная фигуристка мира. В зарубежных соцсетях ею восторгаются и ставят в один ряд с сильнейшими фигуристами мира Нейтаном Ченом и Юдзуру Ханю. В прошедших открытых прокатах она восхитила своих поклонников, прыгнув четверные флип, сальхов, тулуп, лутц, каскад четверной лутц – тройной тулуп. Причем два сложнейших четверных лутца были исполнены во второй половине программы!
RatedPG из Канады оценил возможности Трусовой в соревновании с мужчинами:
"Саша Т - Вау! Я потерял дар речи! Какое изумительное выступление, с этой произвольной программой можно выиграть у всех мужчин, за исключением Натана Чена и, возможно, Юдзуру Ханю. Но даже у Ханю нет флипа и лутца, как у Саши."
Сделала то, к чему готовилась давно. Надо сказать, что среди мужчин пять четверных прыжков исполнял Ханю в финале Гран-при–2019, еще раньше призер Олимпийских игр Шома Уно – на турнире Lombardia Trophy–2017. А Нэтан Чен впервые прыгнул шесть прыжков в четыре оборота на Олимпийских играх в Корее.
Всем болельщикам известно, что Александра Трусова не только покорительница труднейших четверных квадов, но и одна из лучших исполнителей красивейшего и сложнейщего элемента - кантилевер, который является разновидностью кораблика. Выполняется он в глубоком присяде во второй позиции со скольжением на внутренних рёбрах и с отклонением туловища назад горизонтально поверхности льда. Смотрится этот элемент очень эффектно и покоряется далеко не всем фигуристам. В своё время кантилевер был изюминкой всех программ фигуриста Ильи Климкина. Поэтому второе неофициальное название этого сложного элемента - "кораблик Климкина".
В настоящее время японский фигурист-одиночник, серебряный призёр Олимпийских игр-2018, двукратный серебряный призёр Чемпионата мира, чемпион четырёх континентов Шома Уно - один из немногих мужчин-одиночников, прекрасно выполняющий данный элемент, который является визитной карточкой его программ. Нередко исполняет кантилевер Елизавета Туктамышева, а также вставляла этот элемент в свои показательные номера олимпийская чемпионка Алина Загитова. Однако, по мнению обозревателей, королевой кантилевера считается Александра Трусова. Ее исполнение данного элемента называют магическим. Возможно, в скором времени элементу дадут новое неофициальное название - кораблик Климкина - Трусовой.
Очень хочется верить, что фигуристка не потеряет свою форму, а будет лишь ее набирать. Пожелаем Александре Трусовой блистательных успехов в покорении вершин этого прекраснейшего и любимейшего зрителями вида спорта.
Читайте также: