Сканирующая силовая зондовая микроскопия
Сканирующий зондовый микроскоп. Комплексное изучение свойств поверхностей материалов от микронного до атомарного уровня. Способы исследования поверхностей. Силовое взаимодействие между зондом и поверхностью зондовых датчиков. Оптическая система АСМ.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.01.2015 |
| Размер файла | 376,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
Сканирующая силовая зондовая микроскопия
Москва 2014
Сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ) - это прибор, дающий возможность исследования свойств поверхностей материалов от микронного до атомарного уровня. В СЗМ существует три способа исследования поверхностей:
- Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ).
- Сканирующая силовая микроскопия (ССМ).
- Близкопольная сканирующая микроскопия (БСМ).
СТМ был изобретен сотрудниками швейцарского филиала фирмы IВМ учеными Г. Биннигом и X. Рорером в 1981 г., а ССМ - Кэлвином Гвэйтом, Гердом Биннигом и Кристофером Гербером, в 1986 г. Эти технологии оказались революционными в развитии исследований свойств поверхностей и в 1985 изобретение СТМ было отмечено присуждением нобелевской премии по физике первооткрывателям - Г. Биннигу и X. Рореру.
Атомно-силовая микроскопия.
Атомно-силовой микроскоп (АСМ) был изобретён в 1986 году Гердом Биннигом, Кэлвином Куэйтом и Кристофером Гербером. В основе работы АСМ лежит силовое взаимодействие между зондом и поверхностью, для регистрации которого используются специальные зондовые датчики, представляющие собой упругую консоль с острым зондом на конце (рис. 60). Сила, действующая на зонд со стороны поверхности, приводит к изгибу консоли. Регистрируя величину изгиба, можно контролировать силу взаимодействия зонда с поверхностью.
Качественно работу АСМ можно пояснить на примере сил Ван-дер-Ваальса. Наиболее часто энергию ван-дер-ваальсова взаимодействия двух атомов, находящихсяна расстоянии r друг от друга, аппроксимируют степенной функцией - потенциалом Леннарда-Джонса:
Первое слагаемое в данном выражении описывает дальнодействующее притяжение, обусловленное, в основном, диполь - дипольным взаимодействием атомов. Второе слагаемое учитывает отталкивание атомов на малых расстояниях. Параметр - равновесное расстояние между атомами, - значение энергии в минимуме.
Потенциал Леннарда-Джонса позволяет оценить силу взаимодействия зонда с образцом. Общую энергию системы можно получить, суммируя элементарные взаимодействия для каждого из атомов зонда и образца.
Тогда для энергии взаимодействия получаем:
где - плотности атомов в материале образца и зонда.
Соответственно сила, действующая на зонд со стороны поверхности, может быть вычислена следующим образом:
В общем случае данная сила имеет как нормальную к поверхности, так и латеральную (лежащую в плоскости поверхности образца) составляющие. Реальное взаимодействие зонда с образцом имеет более сложный характер, однако основные черты данного взаимодействия сохраняются - зонд АСМ испытывает притяжение со стороны образца на больших расстояниях и отталкивание на малых.Получение АСМ изображений рельефа поверхности связано с регистрацией малых изгибов упругой консоли зондового датчика. В атомно-силовой микроскопии для этой цели широко используются оптические методы.
Оптическая система АСМ юстируется таким образом, чтобы излучение полупроводникового лазера фокусировалось на консоли зондового датчика, а отраженный пучок попадал в центр фоточувствительной области фотоприемника. В качестве позиционно - чувствительных фотоприемников применяются четырехсекционные полупроводниковые фотодиоды.
Основные регистрируемые оптической системой параметры - это деформации изгиба консоли под действием Z-компонент сил притяжения или отталкивания () и деформации кручения консоли под действием латеральных компонент сил () взаимодействия зонда с поверхностью. Если обозначить исходные значения фототока в секциях фотодиода через , , , , а через , , , - значения токов после изменения положения консоли, то разностные токи с различных секций фотодиода = - будут однозначно характеризовать величину и направление изгиба консоли зондового датчика АСМ. Действительно, разность токов вида:
пропорциональна изгибу консоли под действием силы, действующей по нормали к поверхности образца. А комбинация разностных токов вида:
характеризует изгиб консоли под действием латеральных сил.
Величина используется в качестве входного параметра в петле обратной связи атомно-силового микроскопа. Система обратной связи (ОС) обеспечивает c помощью пьезоэлектрического исполнительного элемента, который поддерживает изгиб консоли ?Z равным величине ?, задаваемой оператором.
При сканировании образца в режиме ?Z = const зонд перемещается вдоль поверхности, при этом напряжение на Z-электроде сканера записывается в память компьютера в качестве рельефа поверхности Пространственное разрешение АСМ определяется радиусом закругления зонда и чувствительностью системы, регистрирующей отклонения консоли. В настоящее время реализованы конструкции АСМ, позволяющие получать атомарное разрешение при исследовании поверхности образцов.
зондовый микроскоп оптический датчик
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История создания электронного микроскопа. Исследование микрорельефа поверхности и ее локальных свойств при помощи сканирующих зондовых микроскопов. Уравнение обратного пьезоэффекта для кристаллов. Механические редукторы и шаговые электродвигатели.
курсовая работа [68,5 K], добавлен 03.05.2011Сравнительные характеристики световых и электронных микроскопов. Растровая электронная микроскопия. Преимущества и недостатки сканирующей зондовой микроскопии по отношению к другим методам диагностики поверхности. Применение атомно-силового микроскопа.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 10.01.2014Допуск на общую ошибку от номинального радиуса кривизны. Случаи обнаружения ошибок как в случае сферических поверхностей, так и плоских. Местные ошибки (ΔN) поверхности являются нарушением равномерности ее профиля. Оптическая схема интерферометров.
реферат [2,6 M], добавлен 19.11.2008История изобретения и эволюции микроскопа. Сканирующие зондовые микроскопы, их классификация по способу организации обратной связи. Принцип работы сканирующего туннельного, атомно-силового микроскопа. Особенности ближнепольной оптической микроскопии.
презентация [3,1 M], добавлен 29.05.2014Особенности выбора типа датчиков. Создание датчиков контроля параметров внешней среды (уровня воды) в системе автоматизированного прогнозирования затоплений и подтоплений. Способы измерения уровня жидкости. Устройство датчиков для измерения уровня воды.
реферат [1,8 M], добавлен 04.02.2015Общая схема емкостного датчика уровня. Радарные уровнемеры, сферы их применения. Вертикальное крепление датчиков. Принцип действия ротационного сигнализатора уровня. Датчик уровня заполнения вибрационного типа. Способы установки ротационных датчиков.
реферат [5,5 M], добавлен 25.11.2014Основы сканирующей зондовой микроскопии. История изобретения атомно-силового микроскопа. Основные технические сложности при создании микроскопа. Конструкция атомно-силового микроскопа, преимущества в сравнении с растровым электронным микроскопом.
курсовая работа [231,8 K], добавлен 09.01.2012Основные характеристики микроскопов: разрешающая способность, глубина резкости. Принцип действия электронных микроскопов. Растровая электронная микроскопия. Принцип действия ионных микроскопов, полевого ионизационного и растрового туннельного микроскопа.
реферат [7,0 M], добавлен 15.01.2009Технологический процесс создания матриц для производства DVD-дисков. Оптические и магнитооптические системы памяти. Намагниченные домены, направление их намагниченности. Зондовые системы памяти компьютеров. Основные возможности зондовых устройств.
презентация [563,2 K], добавлен 24.05.2014Проектирование по предложенной схеме микронного многооборотного микроиндикатора, краткое описание строения и работы устройства. Проектирование зубчатой передачи, расчёт основных параметров силовой пружины. Определение параметров натяжного волоска.
курсовая работа [850,4 K], добавлен 29.06.2010Понятие гетеропереходов как поверхностей раздела между двумя полупроводниками с различными запрещенными зонами. Физическая особенность гетеропереходов, примеры гетероструктур. Формирование квантовой ямы для электронов. Электронные зоны в сверхрешетках.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 24.08.2015Взаимодействие зондирующего излучения радиолокационных станций с морской поверхностью. Характеристики радиолокационных помех от взволнованной морской поверхности: состояние морской поверхности, скорость ветра, угол между главным лепестком диаграммы.
реферат [391,5 K], добавлен 17.06.2019Элементы оптических систем. Оптическая система – совокупность оптических сред, разделенных оптическими поверхностями, которые ограничиваются диафрагмами. Преобразование световых пучков в оптической системе. Оптические среды. Оптические поверхности.
реферат [51,5 K], добавлен 20.01.2009Определение уровня сыпучих материалов с помощью уровнемера. Анализ объекта исследований, методов и приборов для измерения уровня. Выбор и описание конструкции прибора. Произведение математической обработки результатов, проверка однородности наблюдений.
курсовая работа [863,7 K], добавлен 30.11.2014Анализ объекта автоматизации и опасных факторов. Выбор и обоснование методов измерения технологических параметров. Установка датчиков расхода и уровня. Расчет максимальной длины линии связи между измерительным прибором и барьером искробезопасности.
курсовая работа [579,1 K], добавлен 09.01.2016Проектирование вычислительного модуля, состоящего из 2 датчиков давления и 4 датчиков температуры (до +125 и до +400). Составление схемы подключения датчиков. Написание демонстрационных программ для работы с устройствами DS18B20, АЦП DS2450 и MPX2010.
курсовая работа [190,3 K], добавлен 24.12.2010Изучение локальных вычислительных сетей. Протоколы (спецификации) передачи данных. Волоконно-оптические линии связи. Сети с выделенными серверами и одноранговые сети. Вопросы проектирования информационной системы предприятия. Операционная система и СУБД.
курсовая работа [58,0 K], добавлен 23.08.2010Понятие материально-производственных запасов. Комплексное описание предприятия ООО "АЗПИ" как объекта исследования. Реализация ИС "Учет материалов": руководство пользователя; показатели экономической эффективности; расчет показателей эффективности.
дипломная работа [10,4 M], добавлен 21.04.2009Общие принципы построения государственной системы приборов. Исследования и оценка задач автоматизации в различных отраслях промышленности. Устройства получения информации о состоянии управляемых процессов. Основные достоинства дифференциальных датчиков.
презентация [428,7 K], добавлен 14.10.2013Обоснование необходимости строительства волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Расчет и распределение нагрузки между пунктами сети. Синхронизация цифровых систем связи. Система мониторинга целостности ВОЛС. Порядок строительства и эксплуатации ВОЛС.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 23.09.2011
