Сканирлеуші зондтық микроскопия: туннельдік, атомдық-күштік және магниттік-күштік микроскопия

Орындаған: Салыбаева Н, Сатымбекова Ұ, Тұрған Т.

Қабылдаған:Қалкөзова Ж.

Сканирлеуші зондтық микроскопия: туннельдік, атомдық-күштік және магниттік-күштік микроскопия.

Сканирлейтін зондтық микроскопия - зертелініп отырған үлгінің бет жағының бейнесiн және оның жергiлiктi сипаттамаларын алу үшiн қолданылатын микроскоптар класы. Үлгілегі бейненің құрылу процессі беттік зонд арқылы сканирлеуге негізделеді.

Сканирлейтін зондты микроскоп түрін 1981 жылы Герд Карл Бинниг пен Генрих Рорер ойлап тапқан.

жұмыс істеу принципі:

Позиционарды жүйенің көмегімен өлшенілетін зонды зерттелуші үлгінің жоғарғы бетіне келтіріледі. Үлгі мен зондтың арақашықтығы жүзшақты нм-ден жақындағанда соңғысы талдаудан өтетін беттің құрылымымен әрекеттесе бастайды. Үлгі беті бойымен зондтың орын ауыстыруы беттің сканирленуін зонд инелерімен қамтамассыз ететін сканирлеуші құрылғы көмегімен жүзеге асады. Зондтың орналасу датчигі, зондтың үлгімен салыстырғандағы позициясын үзіліссіз бақылайды және қайтымды байланыс жүйесі арқылы ондағы мәндерді сканер қозғалысын басқаратын компьютерлік жүйеге жібереді.

Зонд пен беттің өзара әсерлесу күшін тіркеу үшін әдетте, зонд ұшынан шағылған жартылай өткізгіш лазері шоғының ауытқуына негізделген әдісті қолданады. Компьютерлік жүйе сканерді басқарудан басқа бетті зерттеу нәтижелерін көрсету мен талдау, зондтан алынған мәндерді сұрыптау қызметін атқарады.

Сканирлеуші зондтық микроскопта бетті сканирлеу процесінің электронды сәулелердің теледидардың электронды сәулелі түтігінің ішіндегі экранда қозғалу процесімен ұқсастығы бар. Зонд сызық (жол) бойымен, біріншіден, тура, кейін кері жолмен қозғалады, одан кейін келесі жолға өтеді. Зондтың қозғалысы, сандық-ұқсас түрлендіргіштермен қалыптасатын, ара тәріздес кернеудің әсерімен сканер арқылы жүзеге асырылады. Беттің бет бедері жайындағы ақпараттың тіркелуі көп жағдайдағыдай тура өтуде жүргізіледі

Сканирлеу процесінің смехалық бейнеленуі

сканирлеуші туннельдік микроскоп.

СТМ-да зонд ретінде серпімді консолиге орнатылған өткір өткізгіш іне қолданылады. Үлгі немесе иненің арасына тығысу кернеуі орналастырса, онда өткір иненің үлгіге 1нм қашықтығында жақындауы кезінде, олардың арасында шамасы «ине-үлгі» қашықтығынан, ал бағыты - кернеу полярлығынан тәуелді туннельдік ток пайда болады. Ине үшкірін зерттелетін беттен алыстатқанда туннельдік тоқ - азаяды, ал жақындатқанда - артады. Осылайша, беттің қандай да көп нүктелерінде туннельдік ток жөнінде мәліметтерді қолдана отырып, бет топографиясының бейнесін құруға болады.

Туннельдік микроскопта электрондардың потенциалдық бөгет

арқылы туннельдену схемасы.

сканирлеуші туннельдік микроскоп.

Туннельдік тоқты немесе бет пен ине аралығындағы қашықтықты, өлшенетін параметрге тәуелді, сканирлеуші туннельдік микроскоптың екі жұмыс істеу тәртібі мүмкін, олар: жоғары тұрақты және тұрақты тоқ тәртібі. Жоғары сезгіштікке ие сканирлеуші тунне-льдік микроскоптар адамзатқа жартылай өткізгіштер мен өткізгіш-тердің атомдарын көруге мүмкіндік берді. Бірақ конструктивті шектеу күшіне байланысты, СТМ-де өткізбейтін материалдардың бейнесін алу мүмкін емес. Сонымен қатар, туннельдік микроскопты сапалы жұмысы үшін қатаң шарттарды орындау қажет, оның ішінде үлгіні арнайы дайындау мен вакуумда жұмыс істеу.

Атомаралық айырудың сканирлеуші

туннельдік микроскопта іске асырылуы.

Сканирлеуші туннельдік микроскоптың басқару жүйесінің схемасы.

Атомдық-күштік микроскопия

Атомдық-күштік микроскоп (АКМ) 1986 жылы Герд Бинниг, Кэлвин Куэйт және Кристофер Гербермен жасалған болатын /31/. АКМ-тың жұмыс істеу принципінің негізінде зонд пен беттің арасындағы күштік әсерлер жатыр, ал оларды тіркелу үшін ұшында өткір зонды бар серпімді консоль ретінде келетін арнайы зондтық датчиктер қолданылады. Беттен зондқа әсер ететін күш консольдің майысуына әкеліп соқтырады. Майысу шамасын тіркей отырып, зондтың бетпен әсерлесу күшін қадағалауға болады.

АКМ-тың зондтың датчигінің схемасы.

Беттің АКМ бейнелерін алу зондтық датчиктің серпімді консолінің аз майысуларын тіркеумен байланысты. Атомды-күштік микроскопияда бұл мақсаттар үшін оптикалық әдістер қолданылады. АКМ-тың оптикалық жүйесі жартылай өткізгіштің лазері зондтық датчиктің консолінде фокусталатындай, ал шағылғаш ағын фотоқабылдағыштың фотосезімтал ауданының орталығына түсетіндей дәлдеп келтіріледі. Позициялық-сезімтал фотоқабылдағыштар ретінде төрт секциялы фотодиод алынады.

АКМ арқылы бет бедері мен қасиеттері туралы ақпараттарды алу әдістерін шартты түрде екі үлкен топқа бөлуге болады - контактілі квазистатикалық және контактісіз тербелмелі. Контактілі квазистатикалық әдістерде зондтың ұшы бетпен контактіге қатысады, бұл кезде үлгінің тарапынан әсер еттін тартылыс және тебіліс күштер консольдің серпімділік күшінің көмегімен теңестіріледі. АКМ-дың бұндай режимдерде жұмыс істеуі кезінде қатаңдық коэффициенттері аз болатын кантилевер қолданылады, соның арқасында жоғарғы сезімталдықты қамтамассыз етуге және зонд пен үлгінің шектен тыс әсерлерсуін болдырмауға мүмкіндік береді.

Контилевердің контактілі режимде жұмыс істегендегі

атомдық-күштік микорскоптың басқару жүйесінің схемасы.

Магнитті-күштік микроскопия.

Магниткүштік микроскопия (МКМ) - субмикрондық деңгейдегі магниттік зерттеулерде эффектті әдіс болып табылады. МКМ көмегімен алынған бейне зонд-үлгінің өзара магниттік арақатынасын сипаттайтын кейбір параметрлерінің аумақтық орналасуын суреттейді.

1987 жылы И. Мартин және К. Викрамасингх пен үлгінің локальды магнитті қасиеттерін зерттеу мақсатымен жасап шығарған.