Для студентов МАИ по предмету Физико химические основы электроникиЛекции (Ляхова)Лекции (Ляхова)
2015-11-172015-11-17СтудИзба
Лекции: Лекции (Ляхова)
Описание
Небольшая вырезка из одного и файлов:
Сканирующий туннельный микроскоп
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) изобретен Г. Бинингом и Т. Рорером в швейцарском отделении IBM. Рабочая камера СТМ должна быть защищена от посторонних воздействий хорошей экранировкой и высоким вакуумом.
Функционирование сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) состоит в регистрации изменение туннельного тока между иглой (зондом) и подложкой. Зонд укреплен на консоли (cantilever). Благодаря обратной связи в СТМ зонд (tip) перемещается вверх – вниз, повторяя рельеф поверхности (surface) в случае поддержания с помощью автоматики постоянного туннельного тока. Фиксируется перемещение зонда. Информационный сигнал I или h после компьютерной обработки выводится на дисплей. При поддержании постоянного уровня иглы информационным параметром зазора между зондом и подложкой является величина туннельного тока.
СТМ может использоваться не только для исследования, но и в ряде технологических операций, которые проходят в малом пространстве между зондом и подложкой. Такой микроскоп часто называют силовым. Зонд изготавливается из монолитного вольфрама. Диаметр острия не более 10 нм. В перспективе зонд для увеличения разрешающей способности может быть использована углеродная нанотрубка (УНТ).
Локально в области зонда происходит туннелирование электронов с энергией не менее 0,25 эВ при ширине потока 0,1 - 0,2 нм. Туннельный ток вызывается градиентом полей:
- электрического,
- магнитного,
- электромагнитного СВЧ и оптического диапазона. Имеются и другие механизмы стимулирование межмолекулярного взаимодействия
- тепловой (пикосекундной длительности),
- механический (в частности ультразвуковой – здесь действует чередование низкого и высокого давления).
Распределение полей должно быть неоднородным. Острый угол зонда способствует концентрации заряда на острие. Зонд размещается в пучности поля. Это ограничивает зону влияния пятном непосредственно под зондом. Чем больше неоднородность, тем выше разрешающая способность. Это достигается сочетанием полей, например, электрического и магнитного, электрического и теплового. Задача полевого влияния - не только воздействовать на заряженные частицы, но также ионизировать или формировать диполи из нейтральных молекул. Это дает возможность манипулирования отдельными атомами и молекулами.
Энергия полей варьируется от долей до десятков эВ в зависимости от требуемой функции. Энергия долей эВ инфракрасного поля способна вызвать тепловую миграцию и может быть использована для планарной сборки. Но стабильность такой сборки невелика ввиду малой энергии.
Энергия оптического излучения в несколько десятков эВ способна:
- разрывать и синтезировать молекулы, в том числе органические,
- локально производить химическое осаждение из газовой фазы (аналогично операции «на след луча»),
- активизировать адсорбцию или десорбцию атомов и молекул с вершины зонда,
- создавать локальные электрические заряды в сегнетоэлектриках и электретах,
- проводить локальные химические процессы окисления и восстановления в присутствии соответствующих реагентов в рабочей камере,
- экспонировать электронночувствительные резисты.
Сборочные операции становятся 3-х мерными (активизируются нижележащие слои) и характеризуются большей стабильностью.
В диапазоне энергий от нескольких десятков до сотен эВ ионизируются молекулы любого вещества. Появляется возможность локального испарения, травления. 3-х мерная сборка проводиться для высокотемпературных материалов.
Существует много вариантов сканирующих микроскопов (СМ). Один из вариантов построения СМ представлен на рис.. Образец перемещается на координатном столе с вакуумным прижимом (Vacuum Chuck). Прецизионная часть перемещения осуществляется с помощью пьезоэлементов (Piezoelectric), обеспечивающих разрешающую способность не менее 0.01 нм. Регистрация вертикального перемещения осуществляется лазерным интерференционным методом. Луч лазера (Laser) отражается от внешней поверхности держателя зонда (Conducting Tip) и поступает в фотодетектор (Photodetector). При изменении положения зонда изменяется длина пути луча и, следовательно, фаза принятого сигнала. По изменению фазы судят о величине вертикального перемещения зонда. При формировании управляющего сигнала учитывается, в какой зоне фотодетектора принят отраженной луч лазера.
Сканирующий туннельный микроскоп
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) изобретен Г. Бинингом и Т. Рорером в швейцарском отделении IBM. Рабочая камера СТМ должна быть защищена от посторонних воздействий хорошей экранировкой и высоким вакуумом.
Функционирование сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) состоит в регистрации изменение туннельного тока между иглой (зондом) и подложкой. Зонд укреплен на консоли (cantilever). Благодаря обратной связи в СТМ зонд (tip) перемещается вверх – вниз, повторяя рельеф поверхности (surface) в случае поддержания с помощью автоматики постоянного туннельного тока. Фиксируется перемещение зонда. Информационный сигнал I или h после компьютерной обработки выводится на дисплей. При поддержании постоянного уровня иглы информационным параметром зазора между зондом и подложкой является величина туннельного тока.
СТМ может использоваться не только для исследования, но и в ряде технологических операций, которые проходят в малом пространстве между зондом и подложкой. Такой микроскоп часто называют силовым. Зонд изготавливается из монолитного вольфрама. Диаметр острия не более 10 нм. В перспективе зонд для увеличения разрешающей способности может быть использована углеродная нанотрубка (УНТ).
Локально в области зонда происходит туннелирование электронов с энергией не менее 0,25 эВ при ширине потока 0,1 - 0,2 нм. Туннельный ток вызывается градиентом полей:
- электрического,
- магнитного,
- электромагнитного СВЧ и оптического диапазона. Имеются и другие механизмы стимулирование межмолекулярного взаимодействия
- тепловой (пикосекундной длительности),
- механический (в частности ультразвуковой – здесь действует чередование низкого и высокого давления).
Распределение полей должно быть неоднородным. Острый угол зонда способствует концентрации заряда на острие. Зонд размещается в пучности поля. Это ограничивает зону влияния пятном непосредственно под зондом. Чем больше неоднородность, тем выше разрешающая способность. Это достигается сочетанием полей, например, электрического и магнитного, электрического и теплового. Задача полевого влияния - не только воздействовать на заряженные частицы, но также ионизировать или формировать диполи из нейтральных молекул. Это дает возможность манипулирования отдельными атомами и молекулами.
Энергия полей варьируется от долей до десятков эВ в зависимости от требуемой функции. Энергия долей эВ инфракрасного поля способна вызвать тепловую миграцию и может быть использована для планарной сборки. Но стабильность такой сборки невелика ввиду малой энергии.
Энергия оптического излучения в несколько десятков эВ способна:
- разрывать и синтезировать молекулы, в том числе органические,
- локально производить химическое осаждение из газовой фазы (аналогично операции «на след луча»),
- активизировать адсорбцию или десорбцию атомов и молекул с вершины зонда,
- создавать локальные электрические заряды в сегнетоэлектриках и электретах,
- проводить локальные химические процессы окисления и восстановления в присутствии соответствующих реагентов в рабочей камере,
- экспонировать электронночувствительные резисты.
Сборочные операции становятся 3-х мерными (активизируются нижележащие слои) и характеризуются большей стабильностью.
В диапазоне энергий от нескольких десятков до сотен эВ ионизируются молекулы любого вещества. Появляется возможность локального испарения, травления. 3-х мерная сборка проводиться для высокотемпературных материалов.
Существует много вариантов сканирующих микроскопов (СМ). Один из вариантов построения СМ представлен на рис.. Образец перемещается на координатном столе с вакуумным прижимом (Vacuum Chuck). Прецизионная часть перемещения осуществляется с помощью пьезоэлементов (Piezoelectric), обеспечивающих разрешающую способность не менее 0.01 нм. Регистрация вертикального перемещения осуществляется лазерным интерференционным методом. Луч лазера (Laser) отражается от внешней поверхности держателя зонда (Conducting Tip) и поступает в фотодетектор (Photodetector). При изменении положения зонда изменяется длина пути луча и, следовательно, фаза принятого сигнала. По изменению фазы судят о величине вертикального перемещения зонда. При формировании управляющего сигнала учитывается, в какой зоне фотодетектора принят отраженной луч лазера.
Характеристики лекций
Тип
Учебное заведение
Семестр
Просмотров
157
Скачиваний
7
Размер
5,55 Mb
Список файлов
- ReadMe.txt 276 b
- Лекции (Ляхова)
- Ляхова
- F_01_cr-dif.doc 193,5 Kb
- F_02_pol.doc 94,5 Kb
- F_03_l-cr.doc 144 Kb
- F_04_bio.doc 1,24 Mb
- F_05_el.doc 169 Kb
- F_05a_Контактная разность потенциалов.doc 343,5 Kb
- F_05a_Сверхпроводимость.doc 698,5 Kb
- F_06_magn.DOC 1017,5 Kb
- F_07_sound.DOC 776 Kb
- F_08_opt.DOC 2,26 Mb
- Progr-07.doc 29,5 Kb
- СТМ.doc 258,5 Kb
ReadMe
Файлы скачаны со студенческого портала для студенты "Baumanki.net"
Файлы представлены исключительно для ознакомления
Не забывайте, что Вы можете зарабатывать, выкладывая свои файлы на сайт
Оценивайте свой ВУЗ в различных голосованиях, в том числе в досье на преподавателей!
Хочешь зарабатывать на СтудИзбе больше 10к рублей в месяц? Научу бесплатно!
Начать зарабатывать
Начать зарабатывать