Сканерлеуші зондты микроскоп: түрлері, жұмыс істеу принципі және қолданылуы

әл - Фараби атындағы қазақ ұлттық университеті

Химия факультеті

Реферат

Тақырыбы: Сканерлеуші зондты микроскоп. Жұмыс

істеу реті.

Орындаған: Абдирова Р. ОЗХТ -304

Тексерген : аға оқ. Оразымбетова А. Б.

Алматы 2009 жыл

Сканерлеуші зондты микроскоп. Жұмыс істеу реті.

Нанообъектілерді көріп және орнынан қозғауға болатын ең алғашқы құрал ретінде сканерлеуші зондты микроскопты атауға болады.

Сканерлеуші зондты микроскоптың көптеген түрлері бар. Солардың ішінде мыналарды атап айтуға болады. Олар: сканерлеуші туннельді микроскоп, атомдық күштік микроскоп, жақын ауданда сканерлеуші оптикалық микроскоп.

Бұл мкроскоптардың негізгі ерекшелігі ретінде олардың зерттелетін үлгінің беткі қабатын зонд немесе кішкентай металл ине пішіндес шупа көмегімен сканерлейтіндігі болып табылады. Бұл микроскоптар қатты дененің беткі қабатынадағы әр атом немесе молекуланың өлшемін «жанын» («профиль») кескінделуін дәл анық көрсете алады.

Мысалы, Цюрихадағы (Швейцария) ИБМ фирмасынын лабораториясының жұмысшыларымен 1981 жылы пайда болған алғашқы сканерлеуші туннельді микроскоп атомдардың нақты орналасқан жерін анықтауға мүмкіндік берген. Бұл микроскоппен атомарлы құрылым зерттелетін аймақтың беткі қабаты мен зондтын арасындағы өтетін туннельді тоққа қатысты зерттеледі. Бұл туннельді тоқтың мөлшері атомарлы өлшемі бар беттің құрылымдық ерекшелктерімен анықталынады. Осының нәтижесінде, әғни сканерлеу кезінде туннельді тоқтың өзгерісінен сәйкесінше кескінді құруға болады. Осы тоқты өлшей отырып және оны тұрақты сақтай отыра, ине мен беттің арасындағы қашықтықты тұрақты ұстауға болады. Бұлардың арасындағы қашықтықтың көмегімен тоқты реттеуге болады. әғни неғұрлым қашықтық аз болса, соғұрлым тоқ үкен мәнге ие болады. Бұның көмегімен беттің көлемді кескінің суреттеуге болады.

1 сурет. Зерттелетін атомдардың беткі қабатымен тұрақты қашықтықта орналасқан сканерлеуші туннельді микроскоптың инесі.

Сканерлеуші туннельді микроскоп металл немесе өткізгіштің беткі қабатын ғана зерттеуге мүмкіндік береді.

Алайда 1986 жылы Г. Бинниг және Г. Рорером көмегімен атомдық күштік микроскоп құрастырылды және оларға осы зерттеулері үшін Нобель премиясы тағайындалды.

Әр бөлек атом арасында пайда болатын тартылу және тебіну күштерін сезуге қабілетті атомдық күштік микроскоптың пайда болуы нанообъектілерді «көруге» және «ұстауға» мүмкіндік берді.

2 сурет. Сканерлеуші зондты микроскоптың жұмыс істе принципі.

Атомдық күштік микроскоптың негізі болып кремнийдан жасалған жұқа пластинка- консоль (оны кантилевер деп атайды, ағылшын тілінен аударғанда "cantilever" - консоль, балка) алынады. Кантилевер (ұзындығы ≈ 500 мкм, ені ≈ 50 мкм, қалыңдығы ≈ 1мкм) соңында бір немесе бірнеше атом тобымен аяқталатын өте өткір шип (ұзындығы ≈ 10 мкм, радиусы ≈ 1-10 мкм) орналасқан.

3 сурет. Аз (а) және үлкен (б) үлкейткішпен жасалған зондтың электронды микросуреті.

Үлгінің беткі қабаты арқылы микрозондты қозғалту нәтижесінде өткір тікенек ұшы микрорельеф бетін сыза отырып аздап көтеріледі немесе түседі. Кантилевердің шетінде айналы аймақ орналасқан. Ол айнаға лазер сәулесі түседі және одан шашырайды.

Келесі сканерлеуші зондты микроскоптың дамыған түрі жақын ауданда сканерлеуші оптикалық микроскоп болып табылады.

Сканерлеуші зондты микроскоптың көмегімен атомдарды қозғалтып қана коймай, олардың өздігінен ұйымдасуына арналған алғы шарттар жасауға болады. Мысалы, егер металл пластинканың бетінде тиол иондары бар судың тамшысы болсын. Онда микроскоп зондты металл пластинкасына жабысқан тиол молекулаларының моноқабатын құрады. Металлдың беткі қабатындағы молекулалардың моноқабатын түзілу тәсілін «қауырсындық нанолитография» деп атайды.

4 сурет. Үстінен сол жағында металл плстинканың үстінде сканерлеуші зондты микроскоптың кантилевері (сұр -болатты) орналасқан. Ал оң жағында кантилевер зондының астындағы аймақ үлкейтіліп кескінделген.

Сканерлеуші зондты микроскоп көмегімен тек қана аймақтың беткі қабатын атомарлы дәлдікпен өлшеу үшін ғана емес, сонымен қатар басқа да режимтерде жұмыс істеуге қолданылады. Соңғы мезгілде сканерлеуші зондты микроскопты маңызды мақсаттар үшін анағұрлым жиі қолдануда. Атап айтқанда, материалдардың беткі қабатын үлкен дәлділікпен өңдеуде мақсатты бағытталған бөлек атомдарм мен молекулалардың манипуляциялары үшін.