Презентация на тему Методы исследования наносистем

обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона из монокристаллического

кремния. Требования к геометрическим формам, линейным размерам и выбору материала для изготовления
ГОСТ Р 8.629-2007 Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика поверки
ГОСТ Р 8.630-2007 Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые. Методика поверки
ГОСТ Р 8.631-2007 Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы электронные растровые измерительные. Методика поверки
ГОСТ Р 8.635-2007 Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые. Методика калибровки
ГОСТ Р 8.636-2007 Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы электронные растровые. Методика калибровки
ГОСТ Р 8.644-2007. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика калибровки

патент на просвечивающий электронный микроскоп (Р. Руденберг)
1932 год -

первый прототип современного прибора (М. Кнолль и Э. Руска)
Конец 1930-х гг. - применение ПЭМ и выпуск коммерческого прибора (Siemens)
Конец 1930-х - начало 1940-х гг. - появление растровых электронных микроскопов

с принципом действия оптического микроскопа, только вместо светового луча

используется пучок электронов
Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля.
Позволяет достичь увеличения до 106 раз.

регистрация эмиссии отраженных и вторичных электронов
Формирование изображения - регистрация

тока (поглощенные электроны или для тонких объектов прошедшие электроны)
Неравномерная плотность образца (композиционная неоднородность) - регистрация эмиссии вторичных электронов
Элементный состав – регистрация рентгеновского излучения

(способ формирования пучка электронов):
термоэмиссионный катод
катод Шоттки
катод с холодной автоэмиссией
Для

увеличения длины свободного пробега электронов в камере поддерживается вакуум

Microscopy, TEM)
РЭМ (Scanning Electron Microscopy, SEM)
Тонкопленочный объект просвечивается пучком

ускоренных электронов с энергией 50-200 кэВ. Позволяет судить о внутренней и кристаллической структуре.

Сканирование пучком электронов поверхности образца. Изображение поверхности образца.

сканирующего зондового микроскопа (Г.К. Бинниг и Г. Рорер)
Особенность: наличие

перемещаемого зонда (кантилевер, игла или оптический зонд)
Основные типы сканирующих зондовых микроскопов:
Сканирующий атомно-силовой микроскоп
Сканирующий туннельный микроскоп
Ближнепольный оптический микроскоп

трехмерное изображение поверхности образца

поверхности и информацию о механических свойствах
Сканирующий туннельный микроскоп

позволяет получить топографию поверхности и информацию об электрических свойствах
Ближнепольный оптический микроскоп позволяет получить топографию поверхности

основанная на использовании эффекта полевой десорбции атомов газа, адсорбирующихся

на исследуемую поверхность.
Полевая ионная микроскопия была изобретена Э.Мюллером в 1951 г.
Основные элементы: образец в виде острой иглы, находящийся под высоким положительным потенциалом (1 – 10 кэВ), и флюоресцентный экран/микроканальная пластина. Камера заполнена «изображающим» газом, обычно гелием или неоном, при давлении от 10-5 до 10-3 Торр. Образец охлаждается до низких температур (~20 – 80 К).

поскольку поле неоднородно, то поляризованные атомы газа притягиваются к

поверхности иглы. Образовавшиеся ионы ускоряются полем в сторону экрана, где и формируется изображение поверхности-эмиттера.
Предметом изучения служат явления адсорбции и десорбции, поверхностная диффузия атомов и кластеров, движение атомных ступеней, равновесная форма кристалла

определения спектров поглощения, пропускания или отражения:
фотоэлектронная спектроскопия
рентгеновская спектроскопия

(рентгеноспектральный микроанализ)
Фотоэлектронная спектроскопия — метод изучения строения вещества, основанный на измерении энергетических спектров электронов, вылетающих при фотоэлектронной эмиссии.
Рентгеновская спектроскопия - метод изучения строения вещества, основанный на Рентгеновская спектроскопия -на регистрации эмиссии фотонов рентгеновского излучения фона.

ультрафиолетовое излучения с энергией фотонов от десятков тысяч до

десятков эВ.
Метод фотоэлектронной спектроскопии применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, и позволяет исследовать как внешние, так и внутренние электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле.
Применяется в аналитической химии для определения состава вещества и в физической химии для исследования химической связи.

или просвечивающего электронного микроскопа и облучается сфокусированным направленным пучком

электронов высокой энергии.
Пучок электронов (электронный зонд) взаимодействует с приповерхностным участком образца глубиной обычно менее нескольких микрон. Объем зоны взаимодействия зависит как от ускоряющего напряжения, так и от плотности материала образца и для массивной мишени находится в диапазоне от первых десятых долей до десяти кубических микрон.
Генерация рентгеновского излучения является результатом неупругого взаимодействия между электронами и образцом. Рентгеновское излучение появляется в результате двух главных процессов: эмиссии характеристического излучения и эмиссии фонового, или тормозного излучения.
Возможно проведение количественного рентгеноспектрального микроанализа.

дифракционных методов исследования структуры вещества. В основе данного метода

лежит явление дифракции рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решетке.
Метод позволяет определять атомную структуру вещества, включающую в себя пространственную группу элементарной ячейки, ее размеры и форму, а также определить группу симметрии кристалла.
Основная задача: идентификация фаз и количественный анализ фазового состава образца. Дифрактограмма содержит пики от всех фаз образца независимо от их числа. По положению пиков дифрактограммы определяют, какие кристаллические фазы присутствуют в образце.

на методе динамического рассеяния света (международный стандарт лазерного измерения

размеров частиц ISO 22412:2008).
Диапазоны измерения современных приборов: от 0,15 нм до 10 мкм (измерение размера частиц) и от 3,8 нм до 100 мкм (измерение дзета-потенциала).
Для измерения дзета-потенциала применяют метод электрофоретического рассеяния света. Основной физический принцип - электрофорез. Образец помещают в кювету с двумя электродами. Электрическое поле прикладывают к электродам, а молекулы или частицы, которые имеют заряд, (точнее - эффективный дзета-потенциал) будут двигаться по направлению к противоположно заряженному электроду, при этом их скорость (подвижность) зависит от величины дзета-потенциала.