Сканирующая зондовая микроскопия
Учебное пособие
Основы сканирующей зондовой микроскопии. (4,8 Мбайт)
Содержание разделов дисциплины
1. Введение.
- Принципы сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ).
- Конструктивные особенности и режимы работы зондовых микроскопов.
- Комбинации различных типов микроскопов в одном приборе.
2. Сканирующая туннельная микроскопия.
- Конструкции сканирующих туннельных микроскопов (СТМ).
- Системы сближения иглы и образца.
- Сканирующие элементы.
- Способы изготовления СТМ зондов.
3. Режимы работы СТМ.
- Получение изображений поверхности в режимах постоянного туннельного тока и постоянной средней высоты.
- Получение информации о распределении локальной работы выхода электронов вдоль поверхности.
4. Система автоматизации СТМ.
- Система сбора и обработки информации.
- Характерные искажения СТМ изображений и методы их устранений.
- Спектральный и корреляционный анализ изображения поверхности.
5. Туннельная спектроскопия.
- Вольт-амперные характеристики туннельных контактов.
- Зависимость туннельного тока от расстояния зонд-образец.
- Резонансные эффекты в СТМ.
- Низкотемпературный СТМ. Спектроскопия сверхпроводников.
6. Атомно-силовая микроскопия.
- Принципы работы и конструкции атомно-силовых микроскопов (АСМ).
- Силы, действующие на зонд АСМ (Ван-дер-Ваальса, капиллярные, электростатические).
- Режимы работы АСМ. Методы регистрации сигнала пропорционального рельефу поверхности.
- Электросиловая микроскопия.
7. Магнитно-силовая микроскопия.
- Принципы работы и конструкции магнитно-силовых микроскопов (МСМ).
- Взаимодействие зонда с магнитными полями образца.
- Особенности формирования МСМ контраста от различных структур.
- Регистрация магнитострикционного отклика поверхности.
8. Ближнепольная оптическая микроскопия.
- Прохождение света через отверстия с размерами меньшими длины волны.
- Принципы работы ближнепольных оптических микроскопов (СБОМ).
- Режимы работы СБОМ: коллекторная мода, излучательная мода на отражение и на прохождение.
- Эванесцентные волны.
- Типы ближнепольных оптических зондов и методы их изготовления.
- Ближнепольная спектроскопия полупроводниковых структур. Исследование фотолюминесценции квантовых точек, нитей и ям с высоким пространственным разрешением.
9. Пространственное разрешение зондовых микроскопов.
- Связь разрешения СЗМ с размером зонда и расстоянием между зондом и образцом.
- Искажения, вносимые зондом в изображение рельефа и свойств поверхности. Методы восстановления истинного рельефа поверхности.
10. Модификация свойств поверхности с помощью СТМ/АСМ/МСМ.
- Механические воздействия зонда на поверхность.
- Тепловое воздействие электрического тока через контакт зонд-поверхность.
- Термохимические процессы на поверхности, стимулированные протеканием тока через контакт.
- Магнитное воздействие зонда на поверхность магнитных образцов.
- Создание поверхностных структур нанометрового масштаба.
- Сверхплотная запись информации методом МСМ.
11. Модификация свойств поверхности с помощью СБОМ.
- Инициирование фотохимических, термохимических реакций и процессов диффузии под действием оптического излучения.
- Ближнепольная фотолитография. Физические и технологические ограничения метода.
- Сверхплотная запись информации методом СБОМ. Реверсивная и нереверсивная запись.
Рекомендуемая литература
Основная литература
- В.Л.Миронов — Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2004, 143 стр.
- Сканирующая зондовая микроскопия биополимеров. Под ред. И. Г. Яминского, М.: Научный мир, 1997, 88 стр.
- В.К.Неволин — Основы туннельно-зондовой нанотехнологии. М.: МГИЭТ (ТУ), 1996, 91 стр.
- В.С.Эдельман — Сканирующая туннельная микроскопия (обзор). // Приборы и техника эксперимента, 1989, № 5, стр. 25 — 49.
Дополнительная литература
- В.И.Панов — Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия поверхности. // УФН, 1988, т.155, № 1, стр. 155 — 158.
- В.А.Быков, М. И. Лазарев, С. А. Саунин — Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности. // «Электроника: наука, технология, бизнес”., 1997, № 5, стр. 7 — 14.
- А.П.Володин — Новое в сканирующей микроскопии. // Приборы и техника эксперимента, 1998, № 6, стр. 3 — 42.
Вопросы для контроля
- Сканирующие элементы зондовых микроскопов. Конструкции, принципы работы и основные характеристики.
- Системы прецизионного сближения зонда и образца в зондовых микроскопах.
- Виброзащита и термостабилизация зондовых микроскопов.
- Методы изготовления зондов для туннельного и атомно-силового микроскопов.
- Принципы работы сканирующего туннельного микроскопа. Основные режимы получения СТМ изображений рельефа поверхности.
- Принципы регистрации распределения локальной работы выхода электронов с помощью туннельного микроскопа.
- Организация системы обратной связи сканирующего туннельного микроскопа.
- Туннельная спектроскопия. Методы снятия вольт-амперных характеристик туннельного контакта СТМ. Основные типы ВАХ контактов металл-металл, металл-полупроводник, металл-сверхпроводник.
- Принципы работы атомно-силового микроскопа. Основные режимы получения АСМ изображений рельефа поверхности.
- Колебательные методики атомно-силовой микроскопии.
- Организация системы обратной связи атомно-силового микроскопа.
- Силовая спектроскопия свойств поверхности с помощью атомно-силового микроскопа.
- Принципы работы электросилового микроскопа. Режимы измерения распределения потенциала вдоль поверхности, локальной емкости контакта зонд-поверхность.
- Принципы работы магнитно-силового микроскопа. Магнитное взаимодействие зонда МСМ и образца. Методы получения МСМ контраста. Интерпретация МСМ контраста простейших распределений намагниченности образцов.
- Принципы работы ближнепольного оптического микроскопа. Shear-force контроль расстояния зонд-поверхность. Основные конфигурации БОМ.
- Модификация свойств поверхности с помощью СТМ/АСМ/МСМ/БОМ.