AtomLab_labwork_6-1 (829318), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Такая мера прилагается к полному комплектумикроскопа СММ-2000Т. На ней имеется область 2/2 мм (Рисунок 11) с протравленными круглымиямками глубиной 180 нм с трапециидальным сечением, причем период этих ямок составляет 4 мкмкак по X, так и по Y меры. Меру (в качестве образца) желательно расположить на сканере так, чтобыямки на итоговом кадре располагались по X и Y этого кадра, для того чтобы калибровка по X непуталась с калибровкой по Y. Несмотря на то, что мера покрыта проводящей золотой пленкой, длякалибровки лучше использовать режим АСМ, так как в нем неровности рельефа сглаживаются иусредняются, что лучше для калибровки.По полученному кадру (Рисунок 11), используя метод построения сечений или Фурье-метод,необходимо измерить средний период ямок по X’ и средний период ямок по Y’, а также среднююглубину ямок по Z’.
Калибровка по другим мерам аналогична. На любой мере необходимо измеритьна скане какие-то известные на мере расстояния по X, Y и Z координатам.346© www.phys.nsu.ruРисунок 11. Скан и схематический рисунок меры, идущей в комплекте с микроскопомСММ2000Т 16Допустим, по кадру микроскопа измеренные значения X’ = 5 мкм, Y’ = 5 мкм, а Z’ = 250 нм.При этом мы знаем, что на самом деле эти значения на мере X0 = 4 мкм, Y0 = 4 мкм, а Z0 = 180 нм.Так как X’,Y’ и Z’ по кадру больше истинных X0,Y0 и Z0, значит на самом деле поле сканера поXYZ меньше. Числа, которые отражают текущую калибровку микроскопа, находятся в файлепараметров микроскопа (smm2000n.par). Это размер поля сканирования по X (DACX scale), размерполя сканирования по Y (DACY scale), диапазон сканера по Z (DACZ scale), диапазон измеренийрельефа каналом Z1 (числа channel max value и channel min value) и диапазон измерений рельефаканалом Z2 (числа channel max value и channel min value).
Эти числа надо изменить, чтобы припоследующем запуске программы Scan Master калибровки микроскопа были таковы, чтоизмеряемые по вновь полученному кадру меры размеры X1, Y1 и Z1 были равны истинным размерамна мере X0,Y0 и Z0. Изменять эти числа надо в каком-либо элементарном редакторе, не нарушающемструктуру формата, например Notepad, и при выключенной программе Scan Master.Формулы, вычисляющие новые значения чисел из файла параметров микроскопа, следующие16:(новое DACX scale) = (старое DACX scale) х ( X’ / X0 )(новое DACY scale) = (старое DACY scale) х ( Y’ / Y0 )(новое DACZ scale) = (старое DACZ scale) х ( Z’ / Z0 )(новое channel max value Z1) = (старое channel max value Z1) х ( Z’ / Z0 )(новое channel min value Z1) = (старое channel min value Z1) х ( Z’ / Z0 )(новое channel max value Z2) = (старое channel max value Z2) х ( Z’ / Z0 )(новое channel min value Z2) = (старое channel min value Z2) х ( Z’ / Z0 )В случае приборов других марок и других программных обеспечений общая схема калибровкисканера сохраняется.
Однако в качестве калибровочного образца, если позволяют возможностиприбора, лучше выбрать систему, типа высокоориентированного пиролитического графита, ипроводить калибровку по атомной структуре: в плоскости – по атомным рядам; по высоте – пополиатомным ступенькам.347© www.phys.nsu.ruОбъект исследованияВ данной работе исследуется тонкая пленка оксида алюминия на поверхностиалюминийсодержащего сплава фекралой (основные компоненты сплава: Al(5 вес. %); Cr(20 вес.
%),остальное Fe и микропримеси). Толщина пленки по оценкам метода рентгеновской фотоэлектроннойспектроскопии составляет 2 монослоя (1 нм).Известно, что оксид алюминия Al2O3 является диэлектриком. Однако в случае тонкойнепроводящей пленки на поверхности проводящей подложки такая пленка приобретаетполупроводниковые свойства. В таблице 2 приведены значения ширины запрещенной зоны (Eg)различных пленок оксида алюминия.Таблица 2Значения ширины запрещенной зоны объемного оксида и тонких пленок Al2O3 (Eg) по разнымисточникамСистемаEg, эВЛитературная ссылкаПленка --Al2O32.617а-Al2O3/CoAl(100) и Al2O3/Ni3Al(100),Al2O3/Ni3Al(100)3.2174.318Al2O3/FeCrAl 44.2Исследуемый образецтолстая пленка Al2O36.519820массивный -Al2O38.717массивный Al2O39.519Al2O3/NiAl (110)В зависимости от того, какое туннельное напряжение используется в СТМ - эксперименте,возможно как туннелирование электронов только из металлической подложки (-Eg/2 < Ut < Eg/2), таки одновременно из металлической подложки и пленки (Ut < Eg и Ut > Eg) 21.Кроме того, известно, что неоднородность электронных свойств поверхности приводит кзависимости СТМ - изображения от прикладываемого напряжения.
Это позволяет на основесравнения СТМ - изображений, записанных при различных значениях туннельного напряжения,оценить качество пленки оксида алюминия на поверхности металлической подложки. Такая оценкавозможна, поскольку разрывы пленки, выходы оксидов других металлов, а также загрязнения,подобные углеродным отложениям фактически являются участками с иными электроннымисвойствами, и могут проявляться на СТМ - изображении при варьировании туннельного напряжения.Порядок выполнения работыМетод СТМ1. Открыть крышку акустической защиты и крышку самого микроскопа (Рисунок 4).
С помощьюпинцета отсоединить контакт, идущий от предметного столика к прибору (Рисунок 5). Снятьпредметный столик с его места на приборе и установить его на тефлоновый держатель.Расслабить винты прижима пружин, служащих для закрепления образца на столике (Рисунок 5).Установить образец под пружины. Надежно закрепить образец, затянув винты прижима пружин.(Образец должен быть закреплен на столике неподвижно.)2.
Операцию обновления и замены иглы проводит преподаватель или инженер лаборатории. Этосвязано с тем, что игла закрепляется непосредственно в трубке сканера, а механическоенапряжение, возникающее при затягивании болта зажима иглы, может стать причиной4Данные получены на основе анализа вольтамперных характеристик, записанных в ходе СТМ - исследованияаналогичного образца на сверхвысоковакуумном СТ - микроскопе GPI-300 (производство ИОФ РАН, Москва),эксперименты проводились в Институте катализа СО РАН.348© www.phys.nsu.ruповреждения пьезопривода, а следовательно, всего микроскопа. Замена иглы осуществляется безпредметного столика.3. Установить предметный столик с образцом на его место на приборе и с помощью пинцетаподсоединить контакт. С использованием ручки грубого подвода (Рисунок 4) придвинуть столикк игле так, чтобы расстояние между образцом и иглой составляло 0.5 – 1 мм.4.
Включить компьютер. Тестом правильной работы микроскопа является автоматическоевключение лампочек освещения, расположенных рядом с головкой микроскопа.5. Закрыть крышку микроскопа и акустический экран.6. Запустить программу ScanMaster (иконка SMM2000 в виде микроскопа имеется на рабочем столекомпьютера).7. Зайдя в пункт меню Scan (пиктограмма на панели управления программой “Z”), запустить панельуправления микроскопом.Для работы с управляющей программой очень полезна программа – «помощник»(Help)! (Пиктограмма “?”.) Для того чтобы получить информацию, достаточно«кликнуть» знак “?” и навести его с помощью «компьютерной мышки» наинтересующий вас объект: пиктограмму, пункт меню, значение на панели управленияи т.д.
Программа – «помощник» особенно полезна при математической обработкеизображения, так как содержит теоретические основы используемых операций.На Рисунке 12 приведен внешний вид виртуальной панели управления микроскопом, ниже данодетальное описание основных команд 7, знакомство с которыми позволит полнее понять принципыи особенности сканирования в зондовой микроскопии.Z(nm) – положение иглы над образцом в ее внутренних координатах (среднее положение принятоза 0, втянутая относительно этого среднего положения игла – “+”, вытянутая – “-”).I(nA) – реально измеряемое значение туннельного тока в наноамперах.movXY – автоматическое смещение иглы в начало заданной рамки сканирования.ZApp – автоматическое приближение столика к игле до регистрации туннельного контакта.Scan – запуск сканирования.Stop – остановка операций movXY, ZApp, Scan.Back – отвод столика от иглы на заданное в программе число шагов.Exit – отключение управляющей панели (эту операцию необходимо выполнять сразу послеокончания работы с микроскопом при переходе к математической обработке данных (смотри ниже)).Ztable(mkm) – смещение столика при его автоматическом подводе к игле.Zt = 0 – обнуление значения Ztable(mkm).Lamp – включение / выключение лампочек подсветки, установленных на приборе рядом сосканером.MaxScan – вызов рамки сканирования, в пределах которой можно выбрать областьсканирования.Step+/Step- - приближение / отвод столика к / от иглы «мелкими» шагами (реальная величинашага записана в программе).Glob+/Glob- - приближение / отвод столика к / от иглы «крупными» шагами (реальная величинашага записана в программе).Данные операции используются после автоматического подвода либо для стабилизациисистемы, либо для изменения положения столика так, чтобы игла находилась в среднем положении(Z(nm) 0).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
