сканирующая зондовая микроскопия

ЛЕКЦИИ 12-13
Принципы сканирующей
зондовой микроскопии.
Сканирующий туннельный
микроскоп.
Атомно-силовой микроскоп.
Принципы сканирующей
зондовой микроскопии
Сравнительная характеристика различных методов
микроскопического исследования поверхности твердых тел
Метод
Увеличение
Оптическая микроскопия
103
Лазерное сканирование
104
Сканирующий электронный
микроскоп
106
Автоэлектронный и автоионный
микроскопы
Рабочая среда
Размерность
изображения
Воздействие на образец
воздух
жидкость
2D
неразрушающий
воздух
жидкость
2D
неразрушающий
вакуум
2D
разрушающий
107-108
вакуум
2D
разрушающий
Просвечивающий электронный
микроскоп
107-108
вакуум
2D
разрушающий
Ионный микроскоп
109
вакуум
2D
разрушающий
Сканирующий зондовый
микроскоп
109
3D
неразрушающий
вакуум
воздух
жидкость
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Общая схема сканирующего зондового микроскопа
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Принципиальная схема работы сканирующего туннельного
микроскопа
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Схема туннельного сенсора
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Схема силового сенсора
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Основные конструкции сканеров: а) – треногий, б) – трубчатый.
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Конструкция трубочного пьезосканера
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Схематичное изображение процесса сканирования
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Траектория относительного движения зонда и образца в процессе
поддержания системой обратной связи постоянного локального
взаимодействия
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Способы графического представления СЗМ-изображений:
а)- 2D б) – 3D с боковой подстветкой.
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Возможные искажения в СЗМ изображениях
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Схема работы микроскопа атомных сил
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
а) – притяжение двух атомов благодаря силам Ван-дер-Ваальса,
б) – притяжение зонда к поверхности за счет капиллярных сил.
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Зависимость силы взаимодействия между атомами от расстояния
R
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Электронно-микроскопическое изображение
а) V- образного кантилевера; б) I-образного кантилевера;
в) – контактного кантилевера
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
МИКРОСКОПИЯ
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ
ЛИТОГРАФИЯ
Пример СТМ литографии. На СТМ изображении (размер скана 256х256 нм х нм)
трехмонослойной проводящей пленки Ленгмюра-Блоджет (б) видны кратерообразные
дефекты глубиной в один монослой после локального приложения трех импульсов
напряжения (а)
СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Никель на меди
Поверхность меди
Ксенон на никеле
СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Mode:АСМ Анодно-Окислительная Литография
Размер скана:1.4x1.4 µmРезонансная частота:320 kHz
Анодно-Окислительная Нанолитография, выполненная с помощью DCP зонда на
титановой подложке.
СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Mode:АСМ "Полуконтактный"
Метод
Размер скана:1.5x1.5 µm
Углеродные нанотрубки на кремниевой подложке.
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. .
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. .
СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Mode: Метод постоянной силы
Размер скана: 1,2x1,2 мкm
Линейные ДНК молекулы (3000 b. p.) осаждены на свежерасщепленной слюде. Молекулы
равномерно распределены по поверхности с молекулярной плотностью - 0,5-7 молек./мкм2.
СТМ И АСМ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Mode: Полуконтактный метод
Размер скана: 14x14 мкm
АСМ изображение DVD диска .