shkolakz.ru 1 2 ... 10 11

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 1

Использование сканирующей зондовой микроскопии для изучения наноматериалов 4

1.1 Общие принципы сканирующей зондовой микроскопии 4

1.2 Сканирующие элементы зондовых микроскопов 7

1.3 Устройства для прецизионных перемещений зонда и образца 10

1.4 Защита зондовых микроскопов от внешних воздействий 12

1.5 Формирование и обработка СЗМ изображений 14

2 Методы сканирующей зондовой микроскопии 16

2.1 Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) 16

2.1.1 Основные принципы 16

2.1.2 Режимы работы сканирующего туннельного микроскопа 18

2.1.3 Способы изготовления зондов для СТМ 21

2.2 Атомно-силовая микроскопия 23

23

2.2.1 Основные принципы 23

2.2.2 Контактная атомно-силовая микроскопия 25

2.2.3 Бесконтактная колебательная методика АСМ 27

2.2.4 "Полуконтактный" режим колебаний кантилевера АСМ 28

3 Исследования, проводимые на СЗМ 30

3.1 СЗМ исследование CD/DVD дисков 30

3.1.1 Общие сведения 30

3.1.2 Методы и оборудование 31

3.1.3 Контролируемые параметры CD/DVD 32

3.2 Применение СЗМ для исследования ультрадисперсных минеральных систем 33

3.2.1 Общие сведения 33

3.2.2 Объект исследования 34

3.2.3 Выбор подложек 35

3.3 СТМ исследование структуры Si-SiO2 38

3.3.1 Общие сведения 38

3.3.2 Объект исследования 39

3.4 Нанолитография на СЗМ 44

3.4.1 СТМ литография 44

3.4.2 АСМ анодно-окислительная литография 45

3.4.3 АСМ динамическая литография - наночеканка 46

3.4.4 АСМ литография - гравировка 48

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50

Список использованных источников 52







ВВЕДЕНИЕ

В современной науке сформировалась новая область - нанотехнология, представляющая собой междисциплинарное направление, простирающееся от молекулярной биологии и генной инженерии до физики поверхности твердого тела, электрохимии и микроэлектроники. Получены уникальные результаты по изучению структуры поверхностей, строения кластеров, природы каталитических центров, строения вирусов, полимеров, отдельных молекул.

Нанотехнология открывает качественно новый уровень изучения различных свойств поверхности материалов. Существует возможность не только исследовать поверхность, но и производить прецизионное воздействие: перемещать слабо связанные с поверхностью наноструктуры, производить нанолитографию, кроме того, возможно и физическое воздействие на поверхность.

Возникновение и развитие нанотехнологий связано с открытием физиками из швейцарского отделения компании IBM сканирующих туннельных и атомно-силовых микроскопов.

Сканирующие зондовые микроскопы стали первыми приборами, с помощью которых стало возможным получать изображения отдельных атомов. Идея использовать туннельный эффект для определения рельефа поверхности на микроуровне принадлежит Расселу Юнгу (Russel Young), который высказал ее в 1966, а в 1971 году опубликовал описание прибора под названием Topografiner, на котором было достигнуто разрешение в 3 Å. Но изображения отдельных атомов ещё не было получено. В 1979 году Генрих Рорер (Heinrich Rohrer) и Герд Бинниг (Gerd K. Binnig) создали сканирующий туннельный микроскоп на котором стало возможным разглядеть отдельно взятый атом. В 1982 они получили патент на свое изобретение, а в 1986 были удостоены Нобелевской премии. Вслед за туннельным микроскопом в течение короткого времени были созданы атомно-силовой микроскоп, магнитно-силовой микроскоп, электросиловой микроскоп, ближнепольный оптический микроскоп и многие другие приборы, имеющие сходные принципы работы и называемые сканирующими зондовыми микроскопами.

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) - один из мощных современных методов исследования морфологии и локальных свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением. За последние 10 лет сканирующая зондовая микроскопия превратилась из экзотической методики, доступной лишь ограниченному числу исследовательских групп, в широко распространенный и успешно применяемый инструмент для исследования свойств поверхности. В настоящее время практически ни одно исследование в области физики поверхности и тонкопленочных технологий не обходится без применения методов СЗМ. Кроме того применение зондовых нанотехнологий относительно просто и дешево.


Весьма важным для адекватного применения зондовых микроскопов в широкомасштабных научных исследованиях является отслеживание и систематизация возможных механизмов возникновения артефактов, т.е. аппаратных эффектов, приводящих к наблюдению ложных или искаженных свойств исследуемого объекта, которое может быть обусловлено, например, воздействием на объект самого инструмента исследования и пр.

Конструкция зондового микроскопа это колебательная система, поэтому очень остро встаёт вопрос о защите от внешних механических воздействий, проявляющихся на частотах, совпадающих с резонансными частотами колебаний микроскопа.

Сканирующие элементы зондового микроскопа обеспечивают перемещение зонда в плоскости образца на уровне долей ангстрема. Такие точные манипуляции зондом обеспечиваются с помощью пьезоэлектриков.

Целью работы является изучение принципов работы зондовых микроскопов.

Основными задачами работы являются:


  • рассмотрение осуществления методов сканирующей зондовой микроскопии, а именно метод туннельной микроскопии и спектроскопии, атомно-силовой микроскопии: контактной, бесконтактной и «прерывисто-контактной».

  • изучение техники сканирующей зондовой микроскопии, которая включает в себя сканирующие элементы, устройства для прецизионных перемещений зонда и образца, механизмы для защиты зондовых микроскопов от внешних воздействий а так же аппаратуру для формирования и обработки изображений.

  • анализ конкретных примеров использования зондовых микроскопов.




следующая страница >>