Реферат- Введение в наноэлектронику. Введение в наноэлектронику. Методы зондовой нанотехнологии. 1 Физические основы зондовой нанотехнологии

• Название: Методы зондовой нанотехнологии. 1 Физические основы зондовой нанотехнологии
• Анкор: Реферат- Введение в наноэлектронику
• Дата: 18.11.2022
• Размер: 3.55 Mb.
• Имя файла: Введение в наноэлектронику.rtf
• Тип: Документы; #796308
• страница: 8 из 15

.4 Сканирующая туннельная микроскопия

Сканирующий туннельный микроскоп представляет собой прибор для изучения поверхности твердых тел, основанный на сканировании острием, находящимся под потенциалом, поверхности образца на расстоянии до 10 Å и одновременном измерении туннельного тока между острием и образцом.

Принцип действия сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) заключается в измерении электронного тока за счет квантово-механического туннелирования электронов. С этой целью используется проводящий зонд, который подводится к исследуемой поверхности на расстояние возникновения туннельного тока.

При приложении напряжения на промежутке острие-образец возникает туннельный ток, который поддерживается постоянным за счет цепи обратной связи. Одновременно в системе обратной связи формируется разностный сигнал, который усиливается и подается на исполнительный элемент. На основе полученного сигнала исполнительный элемент приближает или отодвигает острие от поверхности, нивелируя разностный сигнал.

Острие движется над образцом вдоль, например, оси х. Величина сигнала на исполнительном элементе, пропорциональная рельефу поверхности, записывается в память компьютера. Так получается строчная развертка.

Затем острие возвращается в исходную точку, переходит на следующую строку по координате у, и процесс сканирования повторяется до заполнения кадра строками. В этом случае говорят о кадровой развертке.

Записанный при строчном и кадровом сканировании сигнал обратной связи обрабатывается компьютером, а изображение строится с помощью средств компьютерной графики.

Существуют два режима формирования изображений поверхности: в режиме постоянного туннельного тока и в режиме постоянного среднего расстояния.

В режиме постоянного туннельного тока острие перемещается вдоль поверхности, при этом изменение напряжения на электроде записывается в память в виде функции. Данная функция с большой точностью повторяет рельеф поверхности.

В режиме постоянного среднего расстояния удобнее исследовать гладкие поверхности. Изображение поверхности можно получить путем измерения туннельного тока в процессе сканирования поверхности и его компьютерной обработки.

.5 Атомно-силовая микроскопия

Атомно-силовой микроскоп представляет собой прибор для изучения поверхности твердых тел, основанный на сканировании острием поверхности и одновременном измерении атомно-силового взаимодействия между острием и образцом.

В основе работы атомно-силового микроскопа лежит атомно-силовое взаимодействие между зондом и поверхностью. Это взаимодействие имеет сложный характер и определяется силами Ван-дер-Ваальса.

В соответствии с распределением потенциала, зонд испытывает притяжение со стороны образца на больших расстояниях и отталкивание от образца на малых расстояниях.

Технической задачей является регистрация малых изгибов зонда. В технике атомно-силовой микроскопии зондом служит кантилевер в виде балки с острием на конце. Регистрация малых изгибов консоли кантилевера осуществляется оптическим методом. С этой целью на кантилевер направляется луч полупроводникового лазера, который отражается и попадает на четырехсекционный полупроводниковый диод. Фотодиод калибруется так, что задаются исходные значения фототока, при деформации консоли в секциях фотодиода регистрируется другие значения токов. Величину и направление деформации кантилевера будут характеризовать разности токов.

В методе контактной атомно-силовой микроскопии острие зонда непосредственно соприкасается с поверхностью. В этом случае силы притяжения и отталкивания, действующие от образца, компенсируются силой упругости консоли.

Эта методика может быть использована для исследования поверхности с малой механической жесткостью. К ним относятся органические материалы, биологические объекты при условии учета последствий контактного взаимодействия.

В колебательном методе атомно-силовой микроскопии используются колебательные методики, которые позволяют уменьшить последствия механического взаимодействия зонда с исследуемой поверхностью. В бесконтактном режиме кантилевер возбуждают так, что бы он совершал вынужденные колебания с амплитудой приблизительно 1 нм. При приближении кантилевера к поверхности на него действуют ван-дер-ваальсовские силы, которые приводят к сдвигу амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик системы. Это обстоятельство используется для получения фазового контраста в исследованиях поверхности методом атомно-силовой микроскопии.

В основе методе микроскопии электростатических сил (МЭС) лежит принцип электростатического взаимодействия между кантилевером и образцом.

Кантилевер находится на некотором расстоянии над поверхностью, между ними прикладывается напряжение, при этом появляются силы электростатического притяжения между образцом и зондом, под действием которых кантилевер колеблется и изменяется сигнал.

Различают емкостную микроскопию и Кельвин-микроскопию. Режим емкостной микроскопии применяется для изучения емкостных свойств поверхности образцов, в частности, можно регистрировать распределение легирующей электроактивной примеси в полупроводнике. Кельвин-микроскопия предназначена для исследования поверхностей материалов, имеющих области с различными поверхностными потенциалами.