Metody_skaniruyuschey_zondovoy_mikroskopii

1. Методы сканирующей зондовой микроскопии

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ
Г Р У П П Ы Х Х М - 501- О - 01
ВИ Х А Р Е В Р . А .

2.

Пусть взаимодействие зонда с
поверхностью характеризуется некоторым
параметром Р. Если существует достаточно
резкая и взаимно однозначная зависимость
параметра Р от расстояния зонд – образец Р
= Р(z), то данный параметр может быть
использован для организации системы
обратной связи (ОС), контролирующей
расстояние между зондом и образцом.
Схема организации обратной связи в
зондовых микроскопах
При перемещении зонда вдоль
поверхности образца происходит изменение
параметра взаимодействия Р,
обусловленное рельефом поверхности.
Система ОС отрабатывает эти изменения, так
что при перемещении зонда в плоскости X,Y
сигнал на исполнительном элементе
оказывается пропорциональным рельефу
поверхности.

3. 5

Для работы зондовых микроскопов необходимо
контролировать рабочее расстояние зонд-образец и
осуществлять перемещения зонда в плоскости образца с
высокой точностью (на уровне долей ангстрема). Эта задача
решается с помощью специальных манипуляторов сканирующих
элементов
(сканеров).
Сканирующие
элементы зондовых микроскопов изготавливаются из
пьезоэлектриков. Широко применяются пьезокерамические
материалы, представляющие собой поляризованных
поликристаллический материал.
В сканирующей зондовой микроскопии широкое
распространение получили трубчатые пьезоэлементы. Они
позволяют получать достаточно большие перемещения
объектов при относительно небольших управляющих
напряжениях.
Трубчатый пьезоэлемент СЗМ и
Трубчатые пьезоэлементы представляют собой полые
зависимость абсолютного удлинения от напряженности
тонкостенные
цилиндры,
изготовленные
из
электрического поля, приложенного к пьезоэелементу
пьезокерамических материалов. Обычно электроды в виде
тонких слоев металла наносятся на внешнюю и внутреннюю
поверхности
трубки,
а
торцы
трубки
остаются
непокрытыми. Под действием разности потенциалов между
внутренним и внешним электродами трубка изменяет свои
продольные размеры. Удлинение трубки будет тем больше,
чем больше ее длина и чем меньше толщина ее стенки.

4.

В основе работы АСМ лежит силовое
взаимодействие между зондом и поверхностью, для
регистрации которого используются специальные
зондовые датчики, представляющие собой упругую
консоль с острым зондом на конце, закрепленную на
чипе-основании. Сила, действующая на зонд со
стороны поверхности, приводит к изгибу консоли.
Регистрируя величину изгиба, можно контролировать
силу взаимодействия зонда с поверхностью.
Схема оптической регистрации отклонения
консоли зондового датчика АСМ.
Получение АСМ изображений рельефа поверхности
связано с регистрацией малых изгибов упругой
консоли зондового датчика. В атомно-силовой
микроскопии для этой цели разработан целый ряд
методов, таких как емкостная, интерференционная,
тензорезистивная и др. Наиболее широкое
распространение получили оптические
методы Оптическая система АСМ юстируется таким
образом, чтобы излучение полупроводникового
лазера фокусировалось на консоли зондового
датчика, а отраженный пучок попадал в центр
фоточувствительной области фотоприемника. В
качестве позиционно - чувствительных
фотоприемников применяются четырехсекционные
полупроводниковые фотодиоды

5.

Электросиловая микроскопия является эффективным
средством для исследования распределения электрического поля
и зарядов по поверхности образца с субмикронным
разрешением. Изображения, полученные с помощью этой
методики, интерпретируются как пространственное
распределение z–составляющей градиента электрического поля
по поверхности образца.
На первом проходе сканируемой строки определяется рельеф
поверхности по полуконтактному методу. На втором проходе
зонд отводится от поверхности образца на расстояние dZ. С
помощью пьезодрайвера зонд приводится в колебательное
состояние на резонансной частоте, между зондом и образцом
подается постоянное напряжение смещения U0, и осуществляется
повторное сканирование. Зондовый датчик движется над
поверхностью по траектории, повторяющей рельеф поверхности
образца.
Получение информации в ЭСМ
Посредством регистрации изменений амплитуды и фазы
колебаний зонда формируется изображение распределения zсоставляющей градиента электрического поля по поверхности
образца.Во время второго прохода расстояние между
сканируемой поверхностью и зондовым датчиком
поддерживается постоянным. В таком случае зонд подвергается
воздействию только дальнодействующих сил, основной вклад в
которые осуществляется электрическими свойствами образца.