Veeco Dimension 3100 User manual

Document Revision History: DImension 3100 Manual
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D 03/09/04 All. N/A C. Kowalski
C 05/15/03 Fluid Cell N/A L. Burrows
B06/01/00 All. 313 A. Varbel
A 08/25/97 Released. N/A M. Leilani
Copyright © [2004] Veeco Instruments Inc.
All rights reserved.
Dimension 3100 Manual
NanoScope Software Version 5
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004-320-100 (cleanroom)

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Trademark Acknowledgments: The following are registered trademarks of Veeco Instruments Inc. All other trademarks are the property of their
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Product Names:
NanoScope®
MultiMode™
Dimension™
BioScope™
Atomic Force Profiler™ (AFP™)
Dektak®
Software Modes:
TappingMode™
Tapping™
TappingMode+™
LiftMode™
AutoTune™
TurboScan™
Fast HSG™
PhaseImaging™
DekMap 2™
HyperScan™
StepFinder™
SoftScan™
Hardware Designs:
TrakScan™
StiffStage™
Hardware Options:
TipX®
Signal Access Module™ and SAM™
Extender™
TipView™
Interleave™
LookAhead™
Quadrex™
Software Options:
NanoScript™
Navigator™
FeatureFind™
Miscellaneous:
NanoProbe®

Rev. D Dimension 3100 Manual iii
Table of Contents
Chapter 1 System Overview 1
1.1 System Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 Dimension 3100 SPM Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Control Station Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Input and Display Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 NanoScope IIIa Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.4 Dimension 3100 Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Dimension 3100 SPM Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.1 Dimension 3100 Microscope Electronics Box . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.2 Optics and Motors Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.3 Stage System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.4 Dimension SPM Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.5 Cantilever Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.6 Video Zoom Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4 Sample Size & Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5 Facilities Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7 Maintenance and Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Chapter 2 Safety 17
2.1 Safety Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Safety Precautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 General Operator Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2 Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.3 Sample Safeguards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 Ergonomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4 Environmental Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5 Equipment Safety Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5.1 Dimension 3100 SPM Facility Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.6 Power-up Sequence (Installation and Service Only) . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.6.1 Pre Power-up Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

iv Dimension 3100 Manual Rev. D
2.6.2 Turn on the Dimension 3100 SPM (Service and Installation Only) . . . . . . . 30
2.6.3 Power-up Checklist (Service and Installation Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7 Power-Up Sequence (Normal Usage) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7.1 Prepare the System for Power-up (Normal Usage) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7.2 Power-up Checklist (Normal Usage) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8 Software Power-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.1 Log into Windows NT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.2 Log On . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.3 Start the NanoScope Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.4 Select Realtime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.5 Begin Stage Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.8.6 Software Power-up Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.9 Hazard Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.9.1 Laser Warning Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Chapter 3 Facilities Requirements 37
3.1 Optional Configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.1 VT-103-3K with ELCON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.2 VT-102 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1.3 IS3K-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2 Facilities Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3 Acoustic/Vibration Isolation Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.1 IS3K-2 Dimensions, Utilities, and Clearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.2 VT-103-3K Dimensions, Utilities and Clearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.3 VT-102 Dimensions and Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.4 Computer/Controller Facility Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.5 ELCON Console . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4 Facilities Requirements Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.5 Acoustic/Vibration Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.6 General Facilities Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Chapter 4 Installation 53
4.1 Shipping and Receiving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.1 Equipment Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2 Uncrating the System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.2.1 Uncrate the Dimension 3100 SPM System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3 Installing the Dimension 3100 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.1 Install the Dimension 3100 SPM Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.2 Install the Control Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4 Connecting the Dimension 3100 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.1 Dimension 3100 Control Station Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.2 Dimension 3100 Microscope External Components Connections . . . . . . . . 66
4.5 System Power-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Rev. D Dimension 3100 Manual v
Chapter 5 Stage System 69
5.1 Mounting of Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.1.1 Vacuum Chucks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.1.2 Magnetic Pucks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.1.3 Axis Orientation Motorized X-Y Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.2 Stage Menu Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.2.1 Load New Sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.2.2 Locate Tip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.2.3 Focus Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.2.4 Move To (X,Y) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.2.5 Set Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.2.6 Programmed Move . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.2.7 Initialize . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.2.8 SPM Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Chapter 6 Cantilever Preparation 87
6.1 Silicon Cantilever Substrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.1.1 Wafer Tool Kit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.1.2 Cantilever Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.1.3 Tip Shape of Etched Silicon Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.2 Silicon Nitride Cantilever Substrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.2.1 Tip Shape of Silicon Nitride Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Chapter 7 Head, Probe, & Sample Preparation 99
7.1 System Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.1.1 Mouse versus Trackball . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.1.2 Motor Interlock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.1.3 Laser Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.2 Basic AFM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.2.1 Select the Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.2.2 Select Mode of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.2.3 Prepare the Cantilever Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.2.4 Load the Cantilever Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.2.5 Remove the Dimension SPM Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.2.6 Install the Cantilever Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.2.7 Replace the Dimension SPM Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.2.8 Connect the Dimension Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.2.9 Align Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.2.10 Adjust Photodetector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7.2.11 Locate Tip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7.2.12 Load the Sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.2.13 Focus Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.2.14 Cantilever Tune (TappingMode only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.2.15 Set Initial Scan Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.2.16 Engage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.2.17 Withdraw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

vi Dimension 3100 Manual Rev. D
7.3 Advanced AFM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
7.3.1 Stage Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Chapter 8 Contact AFM 119
8.1 Basic Contact Mode AFM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.1.1 Select the Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.1.2 Select Mode of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.1.3 Head, Cantilever and Sample Preparation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.1.4 Align Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.1.5 Adjust Photodetector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.1.6 Locate Tip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.1.7 Focus Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.1.8 Show All Items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.1.9 Set Initial Scan Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.1.10 Engage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
8.2 Advanced Atomic Force Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
8.2.1 Cantilever Selection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
8.3 Optimization of Scanning Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.3.1 Data Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.3.2 Gain Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.3.3 Scan Size and Scan Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.3.4 Setpoint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.3.5 Lowpass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.3.6 Highpass Filter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.4 Force Calibration Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Chapter 9 TappingMode AFM 131
9.1 Principles of TappingMode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9.2 Basic TappingMode AFM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.2.1 Select Mode of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.2.2 Head, Cantilever and Sample Preparation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.2.3 Align Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.2.4 Adjust Photodetector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.2.5 Locate Tip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.2.6 Focus Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.2.7 Cantilever Tune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.2.8 Show All Items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
9.2.9 Set Initial Scan Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
9.2.10 Engage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
9.2.11 Optimize Scan Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.3 Withdraw the Tip. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.4 Advanced TappingMode AFM Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9.4.1 Resonating Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9.4.2 Cantilever Oscillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9.4.3 Decreasing the Cantilever Drive Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
9.4.4 Optimization of Scanning Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Rev. D Dimension 3100 Manual vii
9.4.5 Data Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
9.4.6 Gain Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
9.4.7 Scan Size, Scan Rate, and Setpoint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
9.4.8 Surface Tune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
9.5 Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
9.5.1 Frequency Response Plot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
9.5.2 Engaging the Sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
9.5.3 Cantilever Will Not Tune. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Chapter 10 Fluid Imaging 149
10.1 Basic Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.1.1 Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.2 Fluid Operation Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.2.1 Fluid Tip Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.2.2 Tip Suggestions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
10.2.3 Rubber Protective Skirt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
10.3 Sample Mounting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
10.3.1 General Notes on Sample Binding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
10.3.2 Larger Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.3.3 Smaller Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.4 Precautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
10.4.1 Spillage Precautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
10.5 Operating Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.5.1 Clean Fluid Cell and Protective Skirt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.5.2 Select Mode of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.5.3 Load the Probe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.5.4 Install the Fluid Tip Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
10.5.5 Install the Protective Skirt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
10.5.6 Align Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
10.5.7 False Reflections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
10.5.8 Load Sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
10.5.9 Lower Probe into Fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10.5.10 Readjust Laser Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10.5.11 Adjust Photodetector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10.5.12 Locate Tip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.5.13 Focus Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.5.14 Cantilever Tune (TappingMode Only). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
10.5.15 Show All Items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
10.5.16 Set Initial Scan Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
10.5.17 Engage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
10.5.18 Adjust Scan Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
10.5.19 Clean Cell and Protective Skirt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
10.6 Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.6.1 Cantilever Tune Plot Looks Poor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.6.2 Laser Sum Signal Absent or Weak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.6.3 Poor Image Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.6.4 Unable to Locate Particulate Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

viii Dimension 3100 Manual Rev. D
Chapter 11 Scanning Tunneling Microscopy (STM) 175
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
11.1.1 Overview of STM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
11.2 Basic STM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
11.2.1 Imaging Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
11.3 STM-Specific Information and Operations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
11.3.1 STM Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
11.3.2 Fine Points of STM Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
11.3.3 STM Operating Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
11.3.4 STM-Specific Menu Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
11.4 Spectroscopy with the STM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
11.4.1 Operation of STS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
11.5 Troubleshooting Operation of STM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.5.1 Head and Microscope-Related Problems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.5.2 Head Engages Immediately . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
11.6 Etching Tungsten Tips. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
11.6.1 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Chapter 12 Lateral Force Mode 195
12.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
12.2 Basic LFM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
12.3 Advanced LFM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
12.3.1 Scan Direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
12.3.2 Tip selection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
12.3.3 Understanding the LFM Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
12.3.4 Understanding the Color Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
12.3.5 Using TMR Voltage to Measure Friction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
12.3.6 Enhancing the LFM Data by Subtracting Two Images . . . . . . . . . . . . . . . 200
12.3.7 Height Artifacts in the Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Chapter 13 Force Imaging 203
13.1 Force Plots—An Analogy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
13.2 Force Calibration Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
13.2.1 Example Force Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
13.3 Force Calibration Control Panels and Menus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
13.3.1 Main Controls (Ramp Controls) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
13.3.2 Main Controls Panel (Display) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
13.3.3 Channel 1, 2, 3 Panels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
13.3.4 Feedback Controls Panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
13.3.5 Scan Mode Panel (Advanced Mode Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
13.3.6 Menu Bar Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
13.4 Force Calibration (Contact Mode AFM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
13.4.1 Obtaining a Good Force Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

Rev. D Dimension 3100 Manual ix
13.4.2 Helpful Suggestions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
13.4.3 Advanced Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
13.4.4 Interpreting Force Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
13.5 Force Calibration (TappingMode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
13.5.1 Force Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
13.5.2 Obtaining a Force Plot (TappingMode). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
13.5.3 High Contact Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
13.5.4 Tip Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
13.6 Force Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
13.6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
13.6.2 Selecting a Force Modulation Tip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
13.6.3 Operating Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
13.6.4 Force Modulation Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
13.6.5 Notes About Artifacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
13.7 Force Modulation with Negative LiftMode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
13.7.1 Set Interleave Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
13.7.2 Obtain a TappingMode Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
13.7.3 Obtain a Negative LiftMode Force Modulation Image . . . . . . . . . . . . . . . 244
13.8 Force Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Chapter 14 Interleave Scanning 247
14.1 Preface: Interleave Scanning & LiftMode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
14.2 Interleave Mode Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
14.3 LiftMode Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
14.4 Operation of Interleave Scanning / LiftMode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
14.5 Use of LiftMode with TappingMode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
14.5.1 Main Drive Amplitude and Frequency selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
14.5.2 Setpoint Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
14.5.3 Interleave Drive Amplitude and Frequency Selection. . . . . . . . . . . . . . . . 252
14.5.4 Amplitude Data Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
14.5.5 Cantilever Oscillation Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Chapter 15 Magnetic Force Microscopy 255
15.1 Magnetic Force Microscopy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
15.1.1 Force Gradient Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
15.1.2 Amplitude Detection Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
15.2 Basic MFM Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
15.2.1 MFM Using LiftMode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
15.2.2 Magnetic Force Microscopy Procedure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
15.3 Advanced MFM Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
15.3.1 Lift Scan Height and Magnetic Imaging Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
15.3.2 Fine Tuning Interleave Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
15.3.3 Drive Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

x Dimension 3100 Manual Rev. D
15.4 Installation of the Electronics Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
15.4.1 Phase Extender Module. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
15.4.2 Quadrex Extender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
15.4.3 NanoScope IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
15.5 Software Setup Configuration (Phase, Quadrex or NSIV) . . . . . . . . . 269
15.6 Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
15.6.1 MFM Image Verification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
15.6.2 Saturation in Amplitude Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
15.6.3 Optical Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Chapter 16 Electric Techniques 271
16.1 Electric Techniques Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
16.1.1 Electric Force Microscopy Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
16.1.2 Surface Potential Imaging Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
16.2 Electric Force Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
16.2.1 Electric Force Microscopy Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
16.2.2 Electric Force Microscopy Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
16.2.3 Electric Force Microscopy Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
16.2.4 Phase Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
16.2.5 Frequency Modulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
16.2.6 Amplitude Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
16.3 EFM Troubleshooting/Pointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
16.3.1 Use Low Setpoint When Tapping in Electric Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
16.3.2 Verify Electric Field at Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
16.3.3 Fine Tune Lift Scan Height . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
16.3.4 Fine Tune Interleave Drive Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
16.3.5 Optimize Tune in Vicinity of Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
16.3.6 Optimize Tune in Interleave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
16.3.7 If Voltage is Needed, Use Analog 2 When Possible . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
16.3.8 Try Uncoated Si Tip. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
16.4 Surface Potential Detection Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
16.5 Surface Potential Detection Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
16.5.1 Applying Voltage to the Sample Directly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
16.6 Surface Potential Imaging Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
16.6.1 Troubleshooting the Surface Potential Feedback Loop. . . . . . . . . . . . . . . 304
Chapter 17 Calibration 305
17.1 SPM Calibration Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
17.1.1 Theory Behind Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
17.1.2 Calibration References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
17.2 Calibration Setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
17.2.1 Check Scanner Parameter Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
17.2.2 Align Calibration Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
17.2.3 Set Realtime Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
17.2.4 Set Up Contact AFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Rev. D Dimension 3100 Manual xi
17.3 Check Sample Orthogonality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
17.3.1 Measure Orthogonality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
17.3.2 Adjust Sample Orthogonality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
17.4 Linearity Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
17.4.1 Adjust Mag0 and Arg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
17.4.2 Adjust Fast mag1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
17.4.3 Adjust Slow mag1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
17.5 X-Y Calibration using Capture Calibration and Autocalibration . . . . . 321
17.5.1 Capture Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
17.6 Autocalibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
17.7 Fine-tuning for X-Y Calibration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
17.7.1 Prepare System for Fine-tuning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
17.7.2 Measure Horizontally at 440V Scan Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
17.7.3 Measure Vertically at 440V Scan Size. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
17.7.4 Measure Horizontally at 150 V Scan Size. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
17.7.5 Measure Vertically at 150V Scan Size. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
17.7.6 Change Scan angle and Repeat Calibration Routines . . . . . . . . . . . . . . . . 330
17.8 Calibrating Z. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
17.8.1 Engage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
17.8.2 Capture and Correct an Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
17.8.3 Measure Vertical Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
17.8.4 Correct Z Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
17.8.5 Recheck Z-axis Measuring Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
17.8.6 Calculate Retracted and Extended Offset Deratings . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
Chapter 18 Maintenance, Troubleshooting and Warranty 337
18.1 Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
18.1.1 Cleaning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
18.1.2 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
18.1.3 Changing the Illuminator Light Bulb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
18.1.4 Fuse Characteristics and Replacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
18.1.5 Air Tables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
18.1.6 Air Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
18.1.7 Air Table Feet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
18.1.8 Optics Zoom System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
18.2 Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
18.2.1 Alarms and Error Messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
18.2.2 Common Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
18.3 Warranty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Index 351

xii Dimension 3100 Manual Rev. D

Rev. D Dimension 3100 Manual xiii
List of Figures
Chapter 1 System Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Figure 1.2a Dimension 3100 Input and Display Equipment . . . . . . . . . . . . . . 3
Figure 1.2b Computer (rear view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Figure 1.2c NanoScope IIIa Controller (front view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Figure 1.2d Dimension 3100 Controller (front view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Figure 1.3a D3100 Microscope Electronics Box (rear view). . . . . . . . . . . . . . 8
Figure 1.3b Dimension SPM Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figure 1.3c Quad Photodetector Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Figure 1.3d Dimension Head Scanner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Figure 1.3e Standard Cantilever Holder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 1.3f Fluid Cell Cantilever Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Chapter 2 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figure 2.1a Safety Symbols Key . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 2.5a Dimension 3100 SPM Footprint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 2.8a Log into Windows NT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figure 2.8b Logon Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figure 2.8c Select the NanoScope Icon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figure 2.8d Select the Realtime Icon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figure 2.8e Status Panel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 2.9a Laser Explanatory Label. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figure 2.9b Laser Warning Label. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figure 2.9c Noninterlocked Protective Housing Label . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Chapter 3 Facilities Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Figure 3.1a VT-103-3K with ELCON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figure 3.1b VT-102 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figure 3.1c IS3K-2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Figure 3.2a Dimension 3100 SPM Facility Requirements. . . . . . . . . . . . . . . 41
Figure 3.3a IS3K-2 - Front View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 3.3b IS3K-2 - Side View. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

List of Figures
xiv Dimension 3100 Manual Rev. D
Figure 3.3c IS3K-2 - Top View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Figure 3.3d IS3K-2 Leveling Feet Location - Bottom View. . . . . . . . . . . . . 44
Figure 3.3e IS3K-2 Footprint Requirements - Top View . . . . . . . . . . . . . . . 44
Figure 3.3f VT-103-3K - Front View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Figure 3.3g VT-103-3K - Side View with Acoustic Hood Open and Closed 45
Figure 3.3h VT-103-3K - Top View with Acoustic Hood Closed . . . . . . . . . 46
Figure 3.3i VT-102 Vibration Isolation Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figure 3.3j SPM Control Electronics Footprint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figure 3.3k Optional ELCON Console. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Figure 3.5a Vibration Criteria Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Chapter 4 Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Figure 4.3a Hardware for Chuck Securement to Stage. . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Figure 4.3b Secure the Chuck to the Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Figure 4.3c Dimension 3100 Input and Display Equipment. . . . . . . . . . . . . 59
Figure 4.4a Computer (rear view). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Figure 4.4b NanoScope IIIa Controller (front view). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figure 4.4c NanoScope IIIa Controller (rear view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figure 4.4d Dimension 3100 Controller (rear view). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figure 4.4e Dimension 3100 Controller (front view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Figure 4.4f D3100 Microscope Electronics Box (rear view) . . . . . . . . . . . . 66
Figure 4.4g Vacuum Power Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Figure 4.4h Cable Clamp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Chapter 5 Stage System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Figure 5.1a Stage X-Y Axis Orientation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figure 5.2a Stage Load/Unload Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Figure 5.2b Moving to Tip Position Caution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Figure 5.2c Locate Tip Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Figure 5.2d Focus Surface Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Figure 5.2e Move To Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Figure 5.2f Abort Motion Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Figure 5.2g Set Reference Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Figure 5.2h Defining the X-Axis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Figure 5.2i Resultant Reference Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Figure 5.2j Programmed Move Prompt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Figure 5.2k Editing or Creating New Program Prompts. . . . . . . . . . . . . . . . 80
Figure 5.2l Teach Program Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Figure 5.2m Teach Mode Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Figure 5.2n Initial Focus Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Figure 5.2o Programmed Move Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Figure 5.2p Stage Initialize/Cancel Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Figure 5.2q SPM Move to Lower Limits Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

List of Figures
Rev. D Dimension 3100 Manual xv
Figure 5.2r Stage Initializing Prompt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
Figure 5.2s Optics Move to End of Travel Prompt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
Figure 5.2t Stage Zoom Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
Figure 5.2u Stage Zoom Out Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
Chapter 6 Cantilever Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
Figure 6.1a Silicon Cantilever Substrates in Wafer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89
Figure 6.1b Theoretical Tip Shape of Silicon Probes. . . . . . . . . . . . . . . . . . .90
Figure 6.1c Silicon Probe Tip Profile Artifact (Front-to-Back) . . . . . . . . . . .91
Figure 6.1d Silicon Probe Tip Step Profile Artifact (Side-to-Side) . . . . . . . .92
Figure 6.1e Common Silicon Probe Profile (Resultant Scan Artifact). . . . . .92
Figure 6.2a Silicon Nitride Cantilevers in a Wafer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
Figure 6.2b Substrate Break-off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95
Figure 6.2c Silicon Nitride Cantilevers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
Figure 6.2d Silicon Nitride Cantilevers (profile) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
Chapter 7 Head, Probe, & Sample Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
Figure 7.2a Microscope Select Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102
Figure 7.2b Cantilever Holder Stand (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
Figure 7.2c Standard AFM Cantilever Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
Figure 7.2d SPM Head Dovetail and Signal Connector. . . . . . . . . . . . . . . .105
Figure 7.2e Dimension Head Laser Control Knobs . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Figure 7.2f Etched Silicon Tip Laser Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
Figure 7.2g Photodetector Adjustment Knobs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
Figure 7.2h Silicon Nitride Laser Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
Figure 7.2i Vision System Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
Figure 7.2j Photodetector Mirror Adjustment Knobs. . . . . . . . . . . . . . . . . .113
Figure 7.2k Securing Double-sided Tape to the Sample Disk . . . . . . . . . . .114
Figure 7.2l Securing the Sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
Figure 7.3a Default SPM Stage Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
Chapter 8 Contact AFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
Figure 8.1a Select Show All Items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
Figure 8.1b Enable Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
Figure 8.1c Suggested Scan Controls Settings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
Figure 8.1d Suggested Other Controls Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
Figure 8.1e Suggested Feedback Controls Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124
Figure 8.1f Suggested Channel Controls Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124
Figure 8.2a Force Curve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
Chapter 9 TappingMode AFM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131
Figure 9.1a Tapping Cantilever in Free Air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
Figure 9.1b Tapping Cantilever on Sample Surface. . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

List of Figures
xvi Dimension 3100 Manual Rev. D
Figure 9.2a Auto Tune Control Panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Figure 9.2b Cantilever Tune Control Panels for Main Controls . . . . . . . . . 137
Figure 9.2c Cantilever Tune Frequency Sweep. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Figure 9.2d Select Show All Items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Figure 9.2e Enable Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Figure 9.2f Suggested Scan Controls Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Figure 9.2g Suggested Other Controls Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Figure 9.2h Suggested Feedback Controls Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Figure 9.4a Cantilever Response Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Figure 9.4b Scope Trace with High Scan Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Figure 9.4c Scope Trace with Correct Scan Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Figure 9.4d Suggested Range of Drive Frequencies. . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Chapter 10 Fluid Imaging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Figure 10.2a Fluid Tip Holder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Figure 10.2b Rubber Protective Skirt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Figure 10.3a Imaging a Sample Covered by a Drop of Fluid . . . . . . . . . . . 154
Figure 10.5a Tip Holder Installed With Protective Skirt. . . . . . . . . . . . . . . 159
Figure 10.5b False Reflections from Fluid Tip Holder . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Figure 10.5c Typical Cantilever Tune Curve for Silicon Nitride Tip in Fluid166
Figure 10.5d Cantilever Tune Control Panels for Main Controls . . . . . . . . 167
Figure 10.5e Cantilever Tune Frequency Sweep. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Figure 10.5f Select Show All Items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Figure 10.5g Enable Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Figure 10.5h Suggested Scan Controls Settings during TappingMode. . . . 170
Chapter 11 Scanning Tunneling Microscopy (STM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Figure 11.1a Dimension Tip Holder and Head Connection . . . . . . . . . . . . 177
Figure 11.3a Typical STM Channel 1 Control Panel Parameters . . . . . . . . 182
Figure 11.3b Scan Derating Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Chapter 12 Lateral Force Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Figure 12.3a Scan Angle Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Figure 12.3b Example of Frictional Forces on Tip During Scan (Front View)198
Figure 12.3c Friction Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Figure 12.3d TMR Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Figure 12.3e Height Artifacts in LFM Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Chapter 13 Force Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Figure 13.1a Comparative Index of Pulling Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Figure 13.1b Pulling Forces Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Figure 13.2a Force Calibration Z Waveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Figure 13.2b Piezo Travel in Force Calibration Mode . . . . . . . . . . . . . . . . 207

List of Figures
Rev. D Dimension 3100 Manual xvii
Figure 13.2c Tip-Sample Interaction During a Force Plot . . . . . . . . . . . . . .208
Figure 13.2d Anatomy of a Force Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210
Figure 13.3a Advanced Force Calibration Control Window (Contact Mode AFM)
212
Figure 13.3b Absolute and Relative Triggers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217
Figure 13.4a Typical Force Calibration Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
Figure 13.4b Piezo Positions for Typical Force Curve. . . . . . . . . . . . . . . . .220
Figure 13.4c False Engagement (G Scanner). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222
Figure 13.4d Set the Sensitivity Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223
Figure 13.4e Computing Contact Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225
Figure 13.4f Force Curve Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227
Figure 13.5a Piezo Extension Versus RMS Amplitude and Deflection . . . .229
Figure 13.5b TappingMode Force Plot Parameter Settings (Force Calibrate)231
Figure 13.5c Amplitude Force Plot with High Contact Force . . . . . . . . . . .232
Figure 13.6a Contrast Generation in Force Modulation Mode . . . . . . . . . .233
Figure 13.6b Force Modulation Cantilever Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234
Figure 13.6c Auto Tune Controls Panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237
Figure 13.6d Typical Frequency Sweep Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237
Figure 13.6e Correctly Tuned Force Modulation Frequency . . . . . . . . . . . .238
Figure 13.6f Friction on Force Modulation Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . .242
Chapter 14 Interleave Scanning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .247
Figure 14.2a X-Y Scan Pattern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249
Figure 14.3a LiftMode Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .250
Chapter 15 Magnetic Force Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .255
Figure 15.1a MFM LiftMode Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256
Figure 15.1b Extender Electronics Module for NanoScope III, IIIa Controllers257
Figure 15.1c Quadrex PhaseImaging Module for NanoScope IIIa Controllers257
Figure 15.2a Cantilever Tune for Phase Detection and Frequency Modulation259
Figure 15.2b Shift In Phase at Fixed Drive Frequency . . . . . . . . . . . . . . . .260
Figure 15.2c Cantilever Tune for Amplitude Detection . . . . . . . . . . . . . . . .261
Figure 15.2d Shift in Amplitude at Fixed Drive Frequency. . . . . . . . . . . . .261
Figure 15.2e Topographic (left) and Magnetic Force Gradient Image (right)262
Figure 15.3a High-resolution Magnetic Force Gradient Image . . . . . . . . . .265
Figure 15.3b Tip Height and Oscillation Amplitudes (TappingMode & LiftMode)
267
Figure 15.4a Phase Box . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .268
Figure 15.5a Microscope Select Dialog Box . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .269
Chapter 16 Electric Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271
Figure 16.1a LiftMode Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .273
Figure 16.1b Extender Electronics Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274

List of Figures
xviii Dimension 3100 Manual Rev. D
Figure 16.2a Comparison of Attractive and Repulsive Forces . . . . . . . . . . 275
Figure 16.2b Diagram of Extender Electronics Module for EFM . . . . . . . 276
Figure 16.2c Microscope Backplane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Figure 16.2d Toggle Switches on Extender Electronics Module . . . . . . . . 279
Figure 16.2e Normal Jumper Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Figure 16.2f Jumper Configuration for Application of Analog 2 Voltage to Tip281
Figure 16.2g Jumper Configuration (Application of Analog 2 Voltage to Sample)
282
Figure 16.2h Jumper Configuration for Applying External Voltage to Tip. 283
Figure 16.2i Jumper Configuration for Applying External Voltage to Sample284
Figure 16.2j Normal Jumper Configuration with Extender Electronics Module285
Figure 16.2k Jumper Configuration for Application of Voltage to Tip . . . . 286
Figure 16.2l Jumper Configuration for Application of Voltage to Sample . 287
Figure 16.2m Jumper Configuration for Applying External Voltage to Tip 288
Figure 16.2n Jumper Configuration for Applying External Voltage to Sample289
Figure 16.2o Phase Detection Cantilever Tune
(Extender Electronics Module Installed) . . . . . . . . . . . 291
Figure 16.2p Shift In Phase at Fixed Drive Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Figure 16.2q Shift In Amplitude at Fixed Drive Frequency . . . . . . . . . . . . 293
Figure 16.2r Amplitude Detection Cantilever Tune . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Figure 16.4a Simplified Block Diagram of Basic Extender Module in Surface
Potential Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Figure 16.5a Normal Jumper Configuration with Extender Electronics Module299
Figure 16.5b Jumper Configuration for Application of Voltage to Tip . . . . 299
Figure 16.5c Jumper Configuration for Application of Voltage to Sample. 300
Figure 16.6a Toggle Switches on Back of Basic Extender Module . . . . . . 301
Chapter 17 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Figure 17.1a Scanner Crystal Voltage and Photodiode Voltage . . . . . . . . . 309
Figure 17.1b Scanner Sensitivity Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Figure 17.1c Effect of Nonlinearity and Hysteresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Figure 17.1d Scanner Voltage and Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Figure 17.1e Silicon Calibration Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Figure 17.2a 0 Degrees Scan Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
Figure 17.3a Non-Orthogonal and Corrected, Orthogonal Image . . . . . . . 314
Figure 17.4a Fast Scan Linearization: Mag0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Figure 17.4b X Scan Linearization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Figure 17.4c Y Scan Linearization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
Figure 17.5a Capture Calibration Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Figure 17.5b Capture Control Prompt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
Figure 17.5c Improved Calibration Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
Figure 17.6a X-Y Piezo Calibration Prompt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
Figure 17.6b Vertical Calibration Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
Figure 17.6c Calibration Line Distance Prompt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

List of Figures
Rev. D Dimension 3100 Manual xix
Figure 17.7a Calibration Horizontal Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .327
Figure 17.7b Scanner Calibration Panel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .327
Figure 17.8a Z Calibration Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .331
Figure 17.8b Draw a Stopband. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332
Figure 17.8c Depth Analysis Screen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .333
Figure 17.8d Draw a Cursor Box . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .333
Figure 17.8e Z Calibration Configure Dialog Box. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334
Figure 17.8f Z Calibration Depth Dialog Box . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334
Chapter 18 Maintenance, Troubleshooting and Warranty . . . . . . . . . . . . . . . .337
Figure 18.1a Change the Illuminator Bulb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .341

List of Figures
xx Dimension 3100 Manual Rev. D