Методика позиционирования и визуализация нанообъектов методами зондовой микроскопии

Величко А.А., Новиков Е.Г.

(на правах рукописи)

2014 г.​​ 

г Петрозаводск

Введение.

Сканирующая​​ зондовая микроскопия (СЗМ) - один из мощных современных методов исследования морфологии и локальных свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением. За последние 10 лет сканирующая зондовая микроскопия превратилась из экзотической​​ методики, доступной лишь ограниченному числу исследовательских групп, в широко распространенный и успешно применяемый инструмент для исследования свойств поверхности. В настоящее время практически ни одно исследование в области физики поверхности и тонкопленочных технологий не обходится без применения методов СЗМ. Развитие сканирующей зондовой микроскопии послужило также основой для развития новых методов в нанотехнологии – технологии создания структур с нанометровыми масштабами.

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) – первый из семейства зондовых микроскопов - был изобретен в 1981 году швейцарскими учеными Гердом Биннигом и Генрихом Рорером . В своих работах они показали, что это достаточно простой и весьма эффективный способ исследования поверхности с пространственным разрешением вплоть до атомарного. Настоящее признание данная методика получила после визуализации атомарной структуры поверхности ряда материалов и, в частности, реконструированной поверхности​​ кремния. В 1986 году за создание туннельного микроскопа Г. Биннигу и Г. Рореру была присуждена Нобелевская премия по физике.

Вслед за туннельным микроскопом в течение короткого времени были созданы атомно-силовой микроскоп (АСМ), магнитно-силовой микроскоп (МСМ), электросиловой микроскоп (ЭСМ), ближнепольный оптический микроскоп (БОМ) и многие другие приборы, имеющие сходные принципы работы и называемые сканирующими зондовыми микроскопами. В настоящее время зондовая микроскопия - это бурно развивающаяся область техники и прикладных научных исследований.

Глава 1 Разработка методик позиционирования

1.1.Разработка методики позиционирования на​​ USB-микроскопе ​​ с точностью 100мкм

Оборудование:​​ Сканирующий мульти-микроскоп СММ-2000

Методика позиционирования на микрообъекте​​ заключается в том, что непосредственно рядом с держателем пластинки​​ кантилевера (рис.1) размещается отражающее зеркальцо под углом, так чтобы кантилевер был виден в отражении зеркальца. Далее устанавливается​​ USB-микроскоп на штативе, так чтобы камера смотерела сверху на зеркальце, при этом расстояние до зеркальца порядка​​ 1 см, затем производится фокусировка на кантилевер при помощи крутящего механизма​​ USB-микроскопа (рис.2).

Рис 1.Изображение кантилевера в​​ USB-микроскопе

Рис.2 Установка отражающего зеркальца и​​ USB-микроскопа.

После настройки и фокусировки​​ USB-микроскопа на кантилевере устанавливается объект на предметный столик атомного-силового микроскопа, для исследования ​​ его рельефа. Например можно позиционироваться на участке образца, где нанесен золотой контакт для исследования его поверхности (рис. 3.).

Рис.3. Позиционирование на золотом контакте.

 Данная методика прекрасно работает и позволяет с легкостью позиционироваться на объектах до 100 мкм.

1.2. Разработка методики позиционирования на оптическом микроскопе с точностью 10 мкм и точнее.

 В большинстве случаев необходимо снять рельеф образца меньших размеров. Для этого нужно позиционироваться на более мелких деталях образца. Размеры некоторых деталей менее 10 мкм и использование позиционирования на основе​​ USB-микроскопа недостаточно для изучения таких образцов. Поэтому необходимо использовать методику позиционирования с точностью 10 мкм.​​ 

Для этого создаем тестовый образец, на котором нанесена маска матрицы цифр 100*100.и(рис.12).

Рис.4. Маска матрицы цифр 100*100

Рис.5. Тестовый образец

После создания тестового образца, его необходимо просканировать с помощью атомно-силового микроскопа СММ-2000. Для примера приведен снимок цифр (рис.6).

Рис.6. Снимок тестового образца в свободном месте.

Далее извлекается предметный столик вместе с тестовым образцом, не передвигая сам образец, ставим этот столик так, чтобы тестовый образец был параллельно предметному столику оптического микроскопа. Для этого необходима специальная площадка, в которую можно было вставить предметный столик атомно-силового микроскопа.​​ 

Установив наш образец крепко, необходимо найти полученные цифры в атомно-силовом микроскопе в оптическом микроскопе так, чтобы эти цифры были в центре изображения оптического микроскопа. (Рис 15.)

Рис.15. Установка тестового образца в оптическом микроскопе

После настройки оптического микроскопа нужно вместо тестового образца поместить исследуемый образец, таким образом, чтобы исследуемая область образца была в центре оптического микроскопа. Далее размещаем предметный столик в атомно-силовой​​ микроскоп, и, просканировав данную область получаем позиционирование исследуемой области объекта.

Данная методика должна ​​ работать и позволять позиционироваться на объектах до 10 мкм.

Список используемой литературы

1.​​ В. Л. Миронов «Учебное пособие для​​ студентов старших курсов высших учебных заведений»