ЛЕКЦИИ 12-13 Принципы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп. - презентация

1 ЛЕКЦИИ Принципы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп.

2 Принципы сканирующей зондовой микроскопии Сравнительная характеристика различных методов микроскопического исследования поверхности твердых тел Метод УвеличениеРабочая среда Размерность изображения Воздействие на образец Оптическая микроскопия 10 3 воздух жидкость 2Dнеразрушающий Лазерное сканирование 10 4 воздух жидкость 2Dнеразрушающий Сканирующий электронный микроскоп 10 6 вакуум 2Dразрушающий Автоэлектронный и автоионный микроскопы вакуум 2Dразрушающий Просвечивающий электронный микроскоп вакуум 2Dразрушающий Ионный микроскоп 10 9 вакуум 2Dразрушающий Сканирующий зондовый микроскоп 10 9 вакуум воздух жидкость 3D3Dнеразрушающий

3 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Общая схема сканирующего зондового микроскопа

4 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ

5 Принципиальная схема работы сканирующего туннельного микроскопа

6 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ

7 Схема туннельного сенсора

8 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Схема силового сенсора

9 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Основные конструкции сканеров: а) – треногий, б) – трубчатый.

10 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Конструкция трубочного пьезосканера

11 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Схематичное изображение процесса сканирования

12 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Траектория относительного движения зонда и образца в процессе поддержания системой обратной связи постоянного локального взаимодействия

13 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Способы графического представления СЗМ-изображений: а)- 2D б) – 3D с боковой подсветкой.

14 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Возможные искажения в СЗМ изображениях

15 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Схема работы микроскопа атомных сил

16 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ а) – притяжение двух атомов благодаря силам Ван-дер-Ваальса, б) – притяжение зонда к поверхности за счет капиллярных сил.

17 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Зависимость силы взаимодействия между атомами от расстояния R

18 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ Электронно-микроскопическое изображение а) V- образного кантилевера; б) I-образного кантилевера; в) – контактного кантилевера

19 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ

20 СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ ЛИТОГРАФИЯ Пример СТМ литографии. На СТМ изображении (размер скана 256 х 256 нм х нм) трехмонослойной проводящей пленки Ленгмюра-Блоджет (б) видны кратерообразные дефекты глубиной в один монослой после локального приложения трех импульсов напряжения (а)

21 СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ Поверхность меди Ксенон на никеле Никель на меди

22 СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ Mode:АСМ Анодно-Окислительная ЛитографияАСМ Анодно-Окислительная Литография Размер скана:1.4x1.4 µm Резонансная частота:320 kHz Анодно-Окислительная Нанолитография, выполненная с помощью DCP зонда на титановой подложке.

23 СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ Mode:АСМ "Полуконтактный" МетодАСМ "Полуконтактный" Метод Размер скана:1.5x1.5 µm Углеродные нанотрубки на кремниевой подложке.

24 СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ Mode: Метод постоянной высоты Размер скана:4.8x4.8 nm СТМ изображение гладкого участка поверхности оксида рутения титана (RuO2TiO2) с атомарным разрешением. Изображение получено в реальных условиях на воздухе, после длительного хранения образца. Получение атомарного изображения на проводящем оксиде ОРТА, очевидно, вызвано тем, что на нем не образуется коррозионной оксидной пленки, поскольку он сам оксид. Полученный результат указывает на перспективность изучения строения проводящих оксидов методом СТМ в реальных условиях c атомарным разрешением..

25 СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ Mode: Метод постоянной высоты Размер скана: 20x20 nm СТМ изображение углеродных нанотрубок, насажденных на ВОПГ подложку. Атомарная структура нанотрубок, отчетливо видны конец трубки и подложка..

26 СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ Mode: Метод постоянной силы Размер скана: 1,2x1,2 мкм Линейные ДНК малекулы (3000 b. p.) осаждены на свежие расщепленной слюде. Молекулы равномерно распределены по поверхности с малекулярной плотностью - 0,5-7 малек./мкм 2.

27 СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ Mode: Полуконтактный метод Размер скана: 14x14 мкм АСМ изображение DVD диска.