Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Skenovací sondová mikroskopie. Skenovací tunelová mikroskopie Mikroskopie atomárních sil Skenovací sondová mikroskopie.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Skenovací sondová mikroskopie. Skenovací tunelová mikroskopie Mikroskopie atomárních sil Skenovací sondová mikroskopie."— Transkript prezentace:

1 Skenovací sondová mikroskopie

2 Skenovací tunelová mikroskopie Mikroskopie atomárních sil Skenovací sondová mikroskopie

3 1981 Gerd Binning, Heinrich Rohrer IBM Zurych Neoptický mikroskop Povrch vzorků o velikosti několika nm Mikroelektronika (polovodiče) Rozvoj nanotechnologií

4 Různé interakce s povrchem Souhrnné označení rastrovací sondová mikroskopie (SPM, scanning probe microscopy) Mikroskopie atomárních sil – i nevodivé materiály

5 Pohyb sondy v těsné blízkosti povrchu (několik nm) Velmi jemný pohyb sondy pomocí piezokrystalu  Prodloužení či smrštění v závislosti na napětí Vysoké rozlišení - zabezpečení proti vibracím Pojem zvětšení se nepoužívá Obraz vytvářen na základě elektromechanické interakce sondy se vzorkem

6 Široká použitelnost  Zobrazení povrchu  Měření vlastností na atomární úrovni  Manipulace Široká škála prostředí  Vzduch  Speciální atmosféra  Kapaliny  Vakuum  Nízké i vysoké teploty

7 Skutečné rozměry je nutné kalibrovat Sonda sleduje profil konstantní interakce pomocí zpětné vazby Předměty zkoumání:  Kovy  Polovodiče  Molekuly  Polymery  Živé buňky

8

9 Mapování povrchu pomocí pohybu (rastrování) vodivým hrotem (sondou) nad vodivým povrchem materiálu. Nevyžaduje složitou přípravu vzorku Informace pouze o povrchu

10 Kvantová teorie tunelového jevu v praxi Jsou-li dva vodivé materiály v dostatečné blízkosti (ale ne v kontaktu), je pravděpodobné, že elektrony projdou z jednoho materiálu do druhého – tzv. tunelový proud Velikost tunelového proudu závisí:  Exponenciálně na vzdálenosti  Na přiloženém napětí

11 Mechanická část  Stolek k upevnění vzorku  Polohovací zařízení  Sonda Elektrická část  Napájení  Zpětná vazba  Sběr signálu  Ovládání pohybu Tlumení mechanických vibrací Vakuová komora

12 Sonda  Ostrý kovový hrot  Pohyb v řádcích  Řádově nm nad povrchem  Přiloženo napětí ze zdroje Odsávání elektronů pronikajících přes potenciálovou bariéru na povrchu  Nastavení výšky hrotu Piezoelektrický systém  Změny tunelového proudu – obraz lokální hustoty elektronů

13 Sonda  Drobné nerovnosti – vysoký nárůst proudu  Ze signálu zpracována na základě teoretických modelů struktura povrchu  První mikroskopy – rozstřižený drát (1 nm)  V současnosti Wolfram Zlato Pt/Ir

14 Přednosti  Vysoké sub-atomární rozlišení  Zobrazování jednotlivých atomů  V okolí hrotu lze vytvořit silné elektrické pole – vytržení atomu z povrchu  Cílená manipulace Nevýhody  Neposkytuje okamžitý vizuální obraz (obraz lokální hustoty elektronů)  V případě povrchu tvořeného jedním prvkem použitelné  Vyžaduje vodivý vzorek

15

16

17 Inovace STM Zobrazení i pomocí 3D modelu Mapování rozložení atomárních sil na povrchu Velmi vysoké rozlišení – i jednotlivé atomy 1986, G. Binnigem, C. Quat, C. Gerber

18

19 Neoptický mikroskop Sonda mapující topografii vzorku Umožňuje měření i nevodivých vzorků Nevyužívá průchodu proudu Malé kompaktní zařízení Žádné speciální požadavky na umístění

20 Detekce vzdálenosti sondy od povrchu  Meziatomární síly  Deformace držáku sondy  Optická detekce  Softwarové zpracování dat Další zjišťované vlastnosti  Tření  Odezva na působící sílu (bodová spektroskopie)  Magnetické vlastnosti  Tepelná vodivost

21

22 Hlavní prvek – raménko s hrotem  Délka hrotu: několik µm  Poloměr špičky: 10 – 50 µm Síly krátkého dosahu  Několik nejbližších atomů hrotu a povrchu  Teoretické rozlišení – jednotlivé atomy

23 Hroty:  Křemík  Nitrid křemíku Raménko:  Důležitá pružnost  Vlastnosti dle aplikace

24

25 Odpudivé síly Přitažlivé

26 Celková síla může být odpudivá i přitažlivá Závislost na vzdálenosti hrotu a povrchu Síla způsobuje vychýlení hrotu z rovnovážné polohy Deformace držáku Detekce deformace laserovým paprskem Zpětná vazba – možnost reakce na deformace

27 Pohyb ve všech třech osách piezokeramickými prvky Vzorek připevněn na magnetický držák pod hlavou mikroskopu  Magnetické vzorky – drží  Nemagnetické vzorky – lepení oboustrannou páskou k podložce

28 Velikost musí odpovídat možnostem hlavy pro hrubý posuv ve vertikálním směru (cca 12 mm) Makroskopicky rovný nebo vypouklý vzorek Řádné upevnění vzorku  práškové materiály – lepení, lisování  měkké vzorky – biologické

29 Tři základní módy AFM  Kontaktní  Nekontaktní  Poklepový

30 Malá tuhost držáku Přímá topografie povrchu na základě odpudivých sil Sonda smýkána po povrchu Lze detekovat i boční síly:  Tření  Různorodost materiálu  Další vlivy Vyšší rozlišení – blíže k povrchu Vhodné pro tvrdé vzorky

31 Vyšší tuhost držáku Režim přitažlivých sil dále od vzorku Mírně snížené rozlišení Hrot není v přímém kontaktu s povrchem Menší vrcholový úhel – vyšší rozlišení Měření měkkých a elastických vzorků

32 Podobný předchozí Rozkmit tak velký, že dochází ke kontaktu s povrchem Povrch mapován ze změny rezonanční frekvence Vhodná pro vzorky:  U nichž hrozí poškození třením či tažením  Větší plochy s většími změnami v ose Z

33 Testování struktur v oblasti mikro- a nanometrových rozměrů  Polovodičové obvody Tyto struktury použitelné pro testy kvality zobrazení  Kalibrační mřížky

34 Malý rozměr skenované oblasti (100 x 100 µm) FM-AFM (1994)  Rozkmit raménka  Měřen fázový posuv kmitání  Dosud nejvyšší rozlišení 77 pm ( m)  Struktury uvnitř jednotlivých atomů

35

36

37 Kombinace STM a AFM Studium povrchů a povrchových procesů Mechanické sondy Obory  Chemie  Fyzika  Biologie  Metrologie  Nanotechnologie

38 Zobrazení a manipulace s atomy Struktury na atomární úrovni Manipulace:  Kvalitní povrch  Vakuum  Dva způsoby STM hrot se nastaví nad přemisťovaný atom, přiloží se napětí, atom přejde na hrot, hrot se přemístí Jakýkoli hrot se umístí za přemisťovaný atom, atom je tlačen hrotem na zvolené místo

39 Pro dnešek vše


Stáhnout ppt "Skenovací sondová mikroskopie. Skenovací tunelová mikroskopie Mikroskopie atomárních sil Skenovací sondová mikroskopie."

Podobné prezentace


Reklamy Google