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»
430 total views, 1 views today