Принцип работы АСМ

Механизм работы АСМ


Глава 3. Атомно-силовая микроскопия

Одной из более всераспространенных разновидностей сканирующей зондовой микроскопии является атомно-силовая микроскопия. 1-ый микроскоп такового типа был сконструирован Г. Биннигом, Х. Гербером и С. Квайтом в 1986 году, после того как год назад Г. Бинниг показал принципную возможность неразрушающего контакта зонда (атомно-острой иглы) с поверхностью эталона.

В базе работы АСМ лежит силовое взаимодействие меж зондом и поверхностью, для регистрации которого употребляются особые зондовые датчики, представляющие из себя упругую консоль с острым зондом на конце. Сила, действующая на зонд со стороны поверхности, приводит к извиву консоли. Регистрируя величину извива, можно держать под контролем силу взаимодействия зонда с поверхностью.

Вправду, если подвести зонд к эталону на расстояние в несколько ангстрем, то меж атомами, образующими острие, и атомами, расположенными на поверхности эталона, начнет действовать Ван-дер-Ваальсова сила притяжения. Под действием этой силы зонд будет приближаться к эталону до того времени, пока не начнется электростатическое отталкивание одноименно (негативно) заряженных электрических оболочек атомов зонда и поверхности.



Более нередко энергию ван-дер-ваальсова взаимодействия 2-ух атомов, находящихся на расстоянии r друг от друга, аппроксимируют степенной функцией – потенциалом Леннарда-Джонса:

1-ое слагаемое в данном выражении обрисовывает дальнодействующее притяжение, обусловленное, в главном, диполь - дипольным взаимодействием атомов. 2-ое слагаемое учитывает отталкивание атомов на малых расстояниях. Параметр r0 – сбалансированное расстояние меж атомами, U0 - значение энергии в минимуме.

Потенциал Леннарда-Джонса позволяет оценить силу взаимодействия зонда с прототипом. Общую энергию системы можно получить, суммируя простые взаимодействия для каждого из атомов зонда и эталона.

В общем случае данная сила имеет как нормальную к поверхности, так и латеральную (лежащую в плоскости поверхности эталона) составляющие. Реальное взаимодействие зонда с прототипом имеет более непростой нрав, но главные черты данного взаимодействия сохраняются - зонд АСМ испытывает притяжение со стороны эталона на огромных расстояниях и отталкивание на малых.

Получение АСМ изображений рельефа поверхности связано с регистрацией малых извивов упругой консоли зондового датчика. В атомно-силовой микроскопии для этой цели обширно употребляются оптические способы (рис. 4).

Набросок 4. Схема оптической регистрации извива консоли зондового датчика АСМ

Оптическая система АСМ юстируется таким макаром, чтоб излучение полупроводникового лазера фокусировалось на консоли зондового датчика, а отраженный пучок попадал в центр фоточувствительной области фотоприемника. В качестве позиционно - чувствительных фотоприемников используются четырехсекционные полупроводниковые фотодиоды.

Главные регистрируемые оптической системой характеристики - это деформации извива консоли под действием Z-компонент сил притяжения либо отталкивания (FZ) и деформации кручения консоли под действием латеральных компонент сил (FL) взаимодействия зонда с поверхностью. Если обозначить начальные значения фототока в секциях фотодиода через I01, I02, I03, I04, а через I1, I2, I3, I4 - значения токов после конфигурации положения консоли, то разностные токи с разных секций фотодиода ΔIi = Ii - I0i будут совершенно точно охарактеризовывать величину и направление извива консоли зондового датчика АСМ. Разность токов вида

пропорциональна извиву консоли под действием силы, действующей по нормали к поверхности эталона.

А композиция разностных токов вида

охарактеризовывает извив консоли под действием латеральных сил.

Величина ΔIz употребляется в качестве входного параметра в петле оборотной связи атомно-силового микроскопа (рис. 5). Система оборотной связи (ОС) обеспечивает ΔIz=const при помощи пьезоэлектрического исполнительног элемента, который поддерживает извив консоли ΔZ равным величине ΔZ0, задаваемой оператором.


Загрузка...

Набросок 5. Облегченная схема организации оборотной связи в атомно-силовом микроскопе

При сканировании эталона в режиме ΔZ = const зонд перемещается повдоль поверхности, при всем этом напряжение на Z-электроде сканера записывается в память компьютера в качестве рельефа поверхности Z = f (x,y). Пространственное разрешение АСМ определяется радиусом закругления зонда и чувствительностью системы, регистрирующей отличия консоли. В текущее время реализованы конструкции АСМ, дозволяющие получать атомарное разрешение при исследовании поверхности образцов.




Возможно Вам будут интересны работы похожие на: Принцип работы АСМ:


Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Cпециально для Вас подготовлен образовательный документ: Принцип работы АСМ