Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Однако в том случае, когда цлотносп злскгронных состояний вычислена в рамках определенной модели, то выражение 15.10) позволяет определить параметры модели из сравнения зкспсримснтальных и расчетных значений (И1(И~~,. (г) . да в трсх направлениях. 11апряжснис 1"„и Г, подаваемое ца пьс- зокристаллы, управляет сканированием зонда в плоскости повсрхности образца, а папряжсцис Р, подавасмос па выходс испи обрагпой связи и опрсдслясмос тунпсльным током н коэффициентом обратной связи, задает псрсмсщсние зонда в перпендикулярном к повсрхности направлснии.
» У»»»л»»» и»»»~ »» '.;",;» 'У» ~ »»»»»а Н»»»»ш»»»»„»„, е»» ао''аа *е». м»» Рис. 5.14. С'хсиатичсскос устройство скаииругощсго туиисльиого микроскопа ' ' и общий вил ОВВ сисгсим Ога1сгои ЛГМ'ЬТМ 1 г1 в Научио-образовагсаьиом цситрс '"Физика твсрлотеаьиых иаиострукгур» Нижсгоролского государсгве1щого уиивсрситста Один из вариантов устройства системы сканирования, основанной па использовании трубчатого прьсзопрнвода, представлсн на рнс.5.15.
В данной схеме зонд крепится па основание пьезокерамнческой трубки, на внсшпюю и внутрсншою поверхности которой напылсны металлические элскзроды. Внугрснний электрод является сплошным, в то время как внсшний разделен на четырс симметричных относитслыю оси трубки части. Пьсзоксрампка обладаст свойством расширспия или сжатия под действием прикладывасмого к нсй напряжсния. Сканирование в плоскости (т.у) осуществляется отклонением пьсзокерамичсской трубки при подаче разноимснного напряжения на противоположныс части внсшнсго элсктрола, а псрсмсщенис зонда по осн в — сжатисм или растяжсписм трубки вдоль сс оси при подачс одинакового напряжения на всс четыре внешних элсктрода относительно внутрснпего элсктрода. "' К.г.
Л1кагадо Р ЯигГасс Ксу1стт аль 1.снега, 2 11995) р.607. 204 Рис.5Л5. Сксматичсскос изоОражснис т1эуОЧНТОГО ньсзОкс1эамичсского скансра Стм. На внгннн1ого н вну'1'рснн1010 сто1эо" ны иьюоксрамичсской з рубки иансссны мсгалличсскис элсктРОН1"1. Ннсэлнии эээск 1!зол Рс11лс" лсн на чстырс равныс части вдоль 11эуо«и. 11риклалывая олииаковос нанряжснис на всс чсты1эс внс1нних элскгрОда относи" тельно внутрсинсго электрода, за счст ньсзоэффсь-Га можно нзк1сняз ь длину иьсзоксрамнчсской трубки. 11риклазывая различнос ио знаку нанряжсиис ( '-Ч и -У) к иротивоиоложнык1 частям внси1- исго эээсктрола, можно заставить трубку изгибаться в 'Эу или ииуго с1орону та с 1ст сжатия одной сс стороны и растяжения другой в зависимости ог знака ирикладывасмого наиряжсння Контакт к электроду Общин иия сканере Вид сверку Вид сбоку Устройство сканированшя СТМ долж1ю удовлетворять следующим требованиям: 1) диапазон сканирования в плоскости (х,у) -1 мкм с точностью "задания перемещения -О.! А; 2) диапазон сканирования в направлении д -1 мкм с точностью -О.О! А; 3) возмгэжнгэсты рубопэ наведения зонда с точностью -0.1 мкм; 4) высокая механическая резонансная частота и низкая добро1.- ность узлов системы сканирования и дсржатсля образца для уменьшения шумов.
В качестве пьезокерамики в СТМ используют цирконат. К нанболсс существенным недостаткам пьсзоксрамической системы сканирования является наличие гистерсзиса при прямом и обратном проходе сканирования, а также тепловой дрейф. "~э 3 А. КОЬЬу, 3 3, ВО1азэс! 11 ЯнгГ Яс1. Кср. 26 (1996) р 61.
205 Отметим также, что сканирование можст проводиться как зондом микроскопа при неподвижном образцс, так и укрсплснном на ш сзоскансрс образцс при нсподвижном зонде. Материалом зондов СТМ обычно служит проволока из платины или платиноиридисвого сплава с диамстром -0.5 мм. Использованис оолсс тонкой проволоки приводит к умсньшсни1о ес жссз кости и рсзонанснои частоты что повьшгаст шумы и ухудшаст разрсшсние прибора.
Наномстровый радиус закруглсния острия проволоки обычно достигался ее откусыванием обычными ножницами при одноврсмснном растяжсиии вдоль проволоки. Помимо этого, используется элсктрохимичсскос травлсние зонда при сго мсдлсшюм вытаскивании из раствора электролита. Нсобходимой частью любого сканирующсго зондового микроскопа также является система виброизоляции, обеспсчивающая уменьшснис колебаний образца относительно иглы. В вакуумных ьшкроскопах система виброизояяцин постросна на схсмс элсктромагнитной подвсскн„в которой модуль сканирования„включающий укрепленный образсц и зонд„оказывается практически полностью мсханичсски изолированным от остальных частсй прибора ~за исключением контактных проводов). Сама платформа микроскопа обычно такжс имсет пнсвматичсскую систему виброизоляции.
Также рскомендустся установка самого прибора на отдельный фундамснт, изолированный от иола лаборатории. В воздупшых микроскопах пспользустся болсс простая система виброизоляции, которая может включать демнфирующие подушки и мсханичсские пружинные подвсски, настроснныс на подавлснис определенных частот. При исслсдовании поверхности образца с атомным разрсшснием, а в особенности при измсрении туннсльных ВЛХ и локальной работы выхода ключевым аспектом является поддсржанис чистоты поверхности образца„ поскольку любые адсорбированныс на повсрхности атомы измсняют сс локальныс злсктронныс характсрисгики.
Это заставляст с особой тщательностью контролировать состоянис поверхности и с опредсленной осторожностью подходить к интерпретации полученных зависимостсй. 5.4. Физические основы АСМ Метод атомно-силовой микроскопии ностросн нз том жс принципе сканирования поверхности образца зондом микроскопа, однако вмссто пзмсрспия туннельного тока в ЛСМ рсгистрирустся сила взаимодействия атомов павсрхности и острия. В силу этого метод АСМ позволяст исслсдовать морфологию как проводящих, так и нспроводящих образцов.
Атомно-силовой микроскоп был изобретсн Винником, Кваутом и Гсрбсром в 19Х6 году 151. В зависимости от свойств образца характерные значсния силы мсжатомного взаимодсйсгвия 1мсжатомнос отталкивание, вандср-взальсовы силы, куланавскас вззимадсйствис, магнитнас вззимадсйствис) составляют -1Π— 10 Н. Дзя регистрации таких ма- -6 -и лых сил зонд микроскопа в виде Острия укрепляется на тонкой балкс (кзнтилсвсрс), постОянная уп)зугости катараи дОлжна сОставлять Ь = Н /г1=- Р'/г-1О Нlи.
Устройство такого зонда показано на рис.5.16, а. 1'1од действием сил мсжатамного взаимодействия, апрсдсляющихся расстоянием между зондом и образцом, а также их элсктричсскпми и магнитными свойствамн, происходит притяжснис или отталкивание укрсплснного на кантилсвсрс зонда, т.с.
его отклоненис от паложснпя равповссия. Качествснпая зависимость силы Взн-дср-Вззльса Ог ысжкгОмпагО расстояния пОказана нз рис.5.16, 6. Когда зонд находится на достаточно большом расстоянии от поверхности, каптилевср слаба притягивастся к образцу, вследствие взаплшой поляризации. С уменьшсиисм расстояния взаимная поляризация, а значит и притяжснис усиливастся до тех пор, пока расстоянис нс станет настолько малым. что элскграппыс оболочки атомов зонда и поверхности начинают испытывать электростатичсскос отталкивание. Суммарная сила обращастся в ноль на расстоянии порядка длины химпчсскай связи, и при меньших расстояниях дампнпруст отталкивание. Диапазоны расстояний от зонда до поверхности, испальзусмыс для получения АСМ-изображений, опрсдсляют режимы работы микроскопа: контактный режим, бссконтактный рсжнм и полуконтактный рсжим (1арр|пд п1адс).
207 зи. В этом случае топографичсскос изображсшзс строится на основе вертикальных псрсмсщсний сканера. Достоинством этого режима являстся в1гзможпость измерения нс только топо1.рафии поверхности, но и ряда других характеристик„например, силы трения илп сопротивлсния растскания. Для изьюрсния сопротивлсния растскания сканирОвтпшс п~х)извОдится с использованисм проводян1с3 О зонда, находящегося в контакте с поверхностью. К зонду относитсльно ООра31га прикладывастся напряжснпс и измсрястся тОк чсрсз образец в зависимости от положения зонда.
Прн постоянном сопротивлении контакта зонд-поверхность и заданном напряжении величина измсрясмого гока пропорциональна локальному сопротивлснию исследуемого образца. Недостатком режима постоянной силы являстся ограничсиная скорость сканирования из-за консчного врсмспи отклика систсмы обратной связи, а такжс нсвозможносгь исследовать достаточно мягкие образцы.
Особым случаем использования контактного рсжима ЛСМ является методика наноиндентирования, позволяющая измерять локальную твсрдость образца с наномстровым разрсщсписм. В этом режиме используют специальные зонды — ипдснторы, прсдставляющие собой алмазные или изготовлснныс нз другого достаточно твердого материала пирамидки. В процсссс индснтирования зонд вдавливается в образец, образуя в нсм вмятину, г11убину и форму которой затем измеряют в ооычном режимс АСМ.
Помимо этого, в процсссс индснтпрования можно измерять зависимость силы„а в случае проводящего образца — сопротивлсния растекания как функции перемещения зонда по вертикали. Эти зависимости дают дополнитсльную информацию о свойствах исследуемого образца. По свосй сути мстодика напоиндснтпрования аналогична стандартному мстоду опрсделсния твсрдости макроскопичсских материалов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
