Зміст
1. Введення
2. Принципову будову мікроскопа АСМ
2.1 Атомно-силовий мікроскоп
2.2 Способи сканування
3. Дослідження механічних властивостей полімерних плівок
3.1 Дослідження деформування поверхні
3.2 Необхідність. Проблематика
4. Скануючий тунельний мікроскоп
4.1 Відкриття
4.2 Переваги і недоліки скануючої зондової мікроскопії по відношенню до іншим методам діагностики поверхні
4.3 Режими сканування
5. Застосування АСМ
6. Перспективи
Література
1. Введення
Роздільна здатність людського ока - близько 100 мікрометрів (0,1 мм), що приблизно відповідає товщині волоска. Щоб побачити більш дрібні предмети, потрібні спеціальні пристрої. Винайдений в кінці XVII століття мікроскоп відкрив людині нові світи, і в першу чергу світ живої клітини. Але у оптичного мікроскопа є природний фізичний межа дозволу - довжина хвилі світла, і ця межа (приблизно рівний 0,5 мкм) був досягнутий до кінця XIX століття. Наступним етапом занурення в глиб мікросвіту став електронний мікроскоп, в якому в ролі променя світла виступає пучок електронів. Його дозвіл досягає декількох ангстрем (0,1 нм), завдяки чому вченим вдалося отримати зображення вірусів, окремих молекул і навіть атомів. Але і оптичний і електронний мікроскоп дають лише плоску картинку [1].
Рис.1
Побачити тривимірну структуру мікросвіту вдалося тільки тоді, коли на зміну оптичному променю прийшла найтонша голка. Спочатку принцип механічного сканування з допомогою мікрозонда знайшов застосування в скануючої тунельної мікроскопії, а потім на цій основі був розроблений більш універсальний метод атомно-силової мікроскопії. Атомно-силова мікроскопія дозволяє аналізувати на атомному рівні структуру самих різних твердих матеріалів - скла, кераміки, пластиків, металів, напівпровідників. Вимірювання можна проводити не тільки в вакуумі, але й на повітрі, в атмосфері будь-якого газу і навіть у краплі рідини. Цей метод незамінний і для дослідження біологічних об'єктів [1].
З уть методу.
Суть методу полягає в тому, що пучок електронів, взаємодіючи з поверхнею, розсіюється на ній і реєструє її структуру, він може проходити зразок наскрізь - ПЕМ, або відбиватися ОЕМ [2].
Пристрій мікрозонда.
мікрозонд являє собою тонку пластинку-консоль (її називають кантілевери, від англійського слова "cantilever" - консоль, балка). На кінці кантілевери розташований гострий шип (радіус закруглення від 1 до 10 нм). При переміщенні мікрозонда уздовж поверхні зразка вістря шипа підводиться і опускається, окреслюючи мікрорельєф поверхні, подібно до того, як ковзає по грамплатівці патефон голка. На виступаючому кінці кантілевери (над шипом) розташована дзеркальна майданчик, на яку падає і від якої відбивається промінь лазера. Коли шип опускається і піднімається на нерівностях поверхні, відбитий промінь відхиляється, і це відхилення реєструється фотодетектором. Дані фотодетектора використовуються в системі зворотного зв'язку, яка забезпечує постійну силу тиску вістря на зразок. П'єзоелектричний перетворювач може реєструвати зміну рельєфу зразка в режимі реального часу. В іншому режимі роботи реєструється сила взаємодії вістря з поверхнею при постійному положенні шипа над зразком. Мікрозонд зазвичай роблять з кремнію або нітриду кремнію. Роздільна здатність методу складає приблизно 0,1-1 нм по горизонталі і 0,01 нм по вертикалі. Зміщуючи зонд по горизонталі, можна отримати серію рельєфів і за допомогою комп'ютера побудувати тривимірне зображення [1,4].
При використанні атомно-силової мікроскопії не потрібно, щоб зразок проводив електрику. Завдяки цьому атомно-силова мікроскопія знайшла широке застосування для аналізу біологічних об'єктів - кристалів амінокислот, білків, клітинних мембран і багато чого іншого [1].
У лабораторії, де займаються дослідженнями, є унікальний сверхвисоковакуумний відбивний електронний мікроскоп, що дозволяє проводити in-situ експерименти з напівпровідниковими матеріалами і має тільки один аналог у світі в Японії. Також є мікроскопія високого дозволу на базі ПЕМ Jeol-4000 [2].
2. Принципова пристрій мікроскопа АСМ
Скануюча Зондовая мікроскопія - це метод дослідження поверхні, заснований на взаємодії мікрозонда (кантілевери в разі АСМ) з поверхнею зразка. Мікрозонд або кантілевери (англ. - балка) являє собою кремнієву пластинку (3х1.5х0.3 мм) з стирчить з торця балкою (як прямокутної, так і трикутної форми), - на кінці балки знаходиться шип, кінець якого і зондує поверхня [3].
2.1 Атомно-силовий мікроскоп
Однією з найбільш поширених різновидів В«скануючої зондової мікроскопіїВ», є атомно-силова мікроскопія (Мал. 1).
Перший мікроскоп такого типу був сконструйований Г. Бінніг, Х. Гербером і С. Квайтом в 1986 році, після того як роком раніше Г. Бінніг показ принципову можливість неруйнівного контакту зонда з поверхнею зразка [2].
кантілевери поділяються на жорсткі і м'які, - по довжині балки, а характеризується це резонансною частотою коливань кантілевери. Процес сканування Мікрозонд поверхні може відбуватися як в атмосфері або заздалегідь заданому газі, так і у вакуумі, і навіть крізь плівку рідини. СЗМ вимірює як нормальне до поверхні відхилення зонда (субангстремное дозвіл) так і латеральне - одночасно. Для детектування відхилення використовується напівпровідниковий лазер з довжиною хвилі 670 нм і оптичної потужністю 0,9 мВт. Лазерний промінь направляється на зворотну до по відношенню до поверхні сторону кантілевери (на самий кінчик), яка покрита спеціальним алюмінієвим дзеркальним шаром для найкращого відображення, і відбитий промінь потрапляє в спеціальний чотирьохсекційний фотодіод. Таким чином, відхилення кантілевери призводять до зміщення променя лазера щодо секцій фотодіода, - зміна різницевого сигналу з фотодіода і буде показувати амплітуду зміщення кантілевери в ту або іншу сторону. Така система дозволяє вимірювати відхилення лазера у вугіллі 0,1 ", що відповідає відхиленню кантілевери на кут 2 • 10-7 радий [2,5].
2.2 Способи сканування
Сканування поверхні може відбуватися двома способами, - сканування кантілевери і сканіровеніе підкладкою. Якщо в першому випадку руху вздовж досліджуваної поверхні вчиняє кантілевери, то в другому відносно нерухомого кантілевери рухається сама підкладка. Для збереження режиму сканування, - кантілевери повинен знаходитися поблизу поверхні, - в залежності від режиму, - будь то режим постійної сили, або постійної висоти, існує система, яка могла б зберігати такий режим під час процесу сканування. Для цього в електронну схему мікроскопа входить спеціальна система зворотного зв'язку, яка пов'язана з системою відхилення кантілевери від первинного положення. Рівень зв'язку (робоча точка) кантілевери-підкладка задається заздалегідь, і система зворотного зв'язку відпрацьовує так, щоб цей рівень підтримувався постійним незалежно від рельєфу поверхні, а сигнал, що характеризує величину відпрацювання і є корисним сигналом детектування [2,5].
Зразок (Поверхня) і кантілевери зближуються за допомогою крокового двигуна до тих пір поки поверхня і кантілевери не почнуть взаємодіяти, що призведе до Такого зміщення лазерного променя на секціях фотодіода, а значить до такого разностному току, що зворотний зв'язок припинить зближення.
кантілевери безпосередньо пов'язаний з четирехобкладочной пьезотрубкой, подаючи напругу на протилежні обкладки, можна відповідно міняти вигин трубки, а значить і область сканування кантілевери (горізонтальтное відхилення пьезотрубкі) уздовж відповідно осі абсцис і осі ординат. ...
