Лекции_Введение_в_нанотехнологии. Введение в нанотехнологии

• Название: Введение в нанотехнологии
• Дата: 16.10.2022
• Размер: 5.09 Mb.
• Имя файла: Лекции_Введение_в_нанотехнологии.doc
• Тип: Документы; #737269
• страница: 6 из 24

Глава 2. Контрольные вопросы

1. 
   Дайте определение понятию «наноматериалы».
   
2. 
   Какие виды наноматериалов вы знаете?
   
3. 
   Что называют наночастицами и нанокластерами?
   
4. 
   Какими причинами вызваны особые свойства наноматериалов?
   
5. 
   Назовите примеры технологии «сверху-вниз».
   
6. 
   Назовите примеры технологии «снизу-вверх».
   
7. 
   Каковы основные этапы технологии литографии?
   
8. 
   Как происходит процесс эпитаксии?
   

Глава 3. Инструменты нанотехнологий. Введение

Минимальный размер объектов, доступный человеческому глазу, составляет на расстоянии наилучшего зрения, равном 25 см, величину порядка 0,1 мм. Для изучения более мелких объектов применяются различные оптические приборы – как простейшие, например лупа, так и более сложные, состоящие из нескольких линз – оптические микроскопы. Современные оптические микроскопы дают увеличение в 1500 раз, это означает, что с их помощью можно различать объекты размером порядка 10^-7 м, т. е. в сотни нанометров.

На пути дальнейшего увеличения разрешающей способности оптических микроскопов возникают трудности принци­пиального характера. Дело здесь в существовании так называемо­го дифракционного предела разрешения (установленного Рэлеем в семидесятых годах XIX века), говорящего о том, что нельзя различить объекты, расстояние между которыми меньше, чем



где – длина световой волны, а n – показатель преломления среды.

Как известно, оптический диапазон (т.е. видимый глазом свет), простирается от 400 (фиолетовый) до 800  нм (красный), таким образом, даже теоретически при помощи самого сильного микроскопа нельзя рассмотреть объекты мельче примерно 200 нм. В этот диапазон попадают, например, живые клетки, размер которых составляет сотни и тысячи нанометров, а вот атомы, размеры которых не превышают нескольких десятых нанометра, оптическому микроскопу уже недоступны. Естественным выходом в данной ситуации представляется уменьшение длины волны излучения. Причем для того, чтобы при помощи такого микроскопа можно было различать отдельные атомы, длину волны излучения придётся уменьшить в тысячу раз.

Глава 3. Инструменты нанотехнологий. Электронная просвечивающая микроскопия

В тридцатые годы XX века была предложена схема микроскопа, использующего для построения изображения вместо световой волны поток электронов. Изобретение электронного микроскопа стало возможным вследствие бурного развития квантовой механики в начале века, когда было установлено, что частицы микромира, в частности электрон, обладают корпускулярно-волновым дуализмом, т.е. обладают свойствами как частицы, так и волны. Электронам, как оказалось, свойственна интерференция, дифракция и другие свойства, до сих пор, как считалось, присущие только световой волне. В то же время электроны – это заряженные частицы, движением которых можно управлять при помощи электрического и магнитного поля; электронные пучки отклоняются электрическими и магнитными полями примерно так же, как световые лучи – оптическими линзами. Поэтому в электронном микроскопе устройства фокусировки и рассеивания электронного пучка называют «электронными линзами». Схема электронного микроскопа, таким образом, аналогична схеме оптического микроскопа: электронная пушка, испускающая поток электронов плюс система электрических (магнитных) линз, фокусирующая поток электронов на исследуемом предмете. Останется только каким-то образом превратить изображение в видимое. Этот комплекс проблем был решён, когда в 1932 году немецкие учёные М. Кнолль и Э. Руска построили первый такой микроскоп, применив магнитные линзы для фокусировки электронов. Этот прибор был предшественником современного просвечивающего электронного микроскопа, схема которого приведена на рис. 3.1.

Источник света в таких микроскопах представляет собой электронную пушку, источником электронов в которой чаще всего служит нагретая вольфрамовая нить. Испускаемые электроны проходят через электронную линзу-конденсор, регулирующую интенсивность потока излучения, и освещаемую площадь поверхности исследуемого образца, а затем через линзу-объектив проецируются на люминесцентный экран, позволяющий преобразовать «электронную тень» в обычное изображение, которое можно сфотографировать или же наблюдать непосредственно.



Рис. 3.1. Схема работы просвечивающего электронного микроскопа [1].

Просвечивающий электронный микроскоп имеет несколько принципиальных особенностей: поскольку электронный поток сильно поглощается веществом, то внутри установки должен быть создан вакуум; по этой же причине исследуемый образец должен быть очень тонким (порядка 100 нм), и его изготовление является сложной задачей.