Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
1
SEM IN AFM
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
2
OPTIČNA MIKROSKOPIJA - OM:• je omogočila začetek preiskav površin in mikrostruktur materialov • poveča do nekaj 1000ו ločljivost je omejena z v.d. svetlobe max. cca. 0,2 µm• majhna globinska ostrina
Razvoju OM sledili:
• KONFOKALNA MIKROSKOPIJA – CLSM(vir - laserska svetloba, dosežena ločljivost do 2 nm)
• ELEKTRONSKA MIKRSOSKOPIJA(vir – curek elektronov)
UVOD
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
3
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
• uporablja curek elektronov, ki so pospešeni z električnim potencialom in usmerjeni na površino vzorca:
Razvila sta se:• presevni elektronski mikroskop - TEM (transmission electron microscope) in kasneje • vrstični elektronski mikroskop - SEM (scanning electron microscope).
l. 1935 – nastane koncept vrstične elektronske mikroskopije l. 1965 - narejen prvi komercialni mikroskop (Cambridge Instruments).
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
4
Delovanje
elektronski curek potuje ("skenira") po površini vzorca – nastane slika.Sliko lahko dobimo na dva načina. Iz vzorca detektiramo:• primarne, povratno sipane elektrone ali pa • sekundarne elektrone iz vzorca
Lastnosti elektronske mikroskopije so:• visoka lateralna ločljivost • velika globinska ostrina• širok interval povečav (od 20× do 300.000×)
Ločljivost SEM je odvisna od vrste katode (vira elektronov) in je v sodobnih mikroskopih 1-5 nm.
Pomembno!Vzorci za SEM morajo biti električno prevodni in obstojni v vakuumu.
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
5
• L. 1981 je bila izumljena vrstična tunelska mikroskopija STM (scanning tunneling microscopy).
• Iz STM so se razvile podobne vrstične preiskovalne metode splošno poimenovane SPM (scanning probe microscopy).
AFM (atomic force microscopy) – izmed SPM najbolj razširjena
• deluje na način "tipanja" površine vzorca in merjenja medatomske sile med ostro preiskovalno konico tipala in površino vzorca.
Prednosti:• preiskujemo lahko površine prevodnih in neprevodnih vzorcev, v različnih okoljih (vakuum, zrak, tekočina) brez posebne priprave
• dosežemo nanometrsko in tudi subnanometrsko ločljivost
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
6
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
Z vrstičnim elektronskim mikroskopom opazujemo topografijo in strukturo površine vzorcev.
Delovanje:Vir elektronov je el. puška,
v kateri je katoda (filament) - emitira elektrone.
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
7
Delovanje:Katoda je lahko izdelana iz različnih materialov; • volframa ali LaB6(a) konvencionalna volframova katoda - volframova žica točkovno zavarjena
na nosilec; (b) katoda iz lantanovega heksaborida (LaB6), monokristal LaB6 z radijem
konice =100 µm;• izredno fine volframove monokristalne igle• monokristala ZrO2 pritrjenega na volframovi žici(c) katoda z emisijo polja - FEG, hladna FEG-katoda iz monokristalne žice
pritrjena na volframovo žico
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
8
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
• pri segrevanju katode nastane termoionska emisija elektronov• primarne elektrone pospešujemo z napetostjo (500 do 40000 pV)
• elektronski curek usmerja na vzorec sistem elektromag. leč in zaslonk • curek fokusiramo z objektno lečo v tanko konico (od 50 do 500 nm)
• premikanje (vrstičenje) elektronskega curka po površini vzorca je izvedeno s posebnimi tuljavami
• signal elektronov iz vzorca zbere detektor, ojačan signal se prenaša na katodni zaslon
• svetloba na zaslonu je proporcionalna intenziteti signala elektronov
Delovanje:
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
9
Interakcija elektronov z materialom
Ob trčenju elektronov s trdno snovjo, nastanejo signali. Ti so posledica elastičnega in neelastičnega sipanja primarnih elektronov na atomih snovi.
Zaradi sipanja elektronov nastane v vzorcu t. i. interakcijski volumen, iz katerega detektiramo različne emitirane delce.
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
10
Interakcija elektronov z materialom
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
Velikost interakcijskega volumna in lateralna ter globinska ločljivost v SEM so odvisni od:• energije (Eo) primarnega elektronskega curka • vpadnega kota elektronov na vzorec • lastnosti (Z, ρ) snovi• premera (dp) …
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
11
Interakcija elektronov z materialom
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
12
Interakcija elektronov z materialom
Pri neelastičnem sipanju (dogaja se na elektronskem "oblaku" atoma) elektron izgublja svojo energijo, tako da pri interakciji nastanejo:• sekundarni elektroni• rentgenski žarki • Augerjevi elektroni • katodna luminiscenca • plazmonske oscilacije v kovinah...
Pri elastičnem sipanju elektron interagira z atomskim jedrom, kinetična energija elektronov se ne spreminja, spremeni se lahko smer gibanja.
Del primarnih elektronov se po elastičnem sipanju usmeri nazaj proti površini vzorca in zapusti vzorec. Te elektrone imenujemo povratno sipani elektroni.
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
13
Interakcija elektronov z materialom
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
Za SEM-preiskave uporabljamo signale:• povratno sipanih primarnih elektronov (BSE-backscattered electrons) • sekundarne elektrone (SE-secon-dary electrons).
Za kvalitativno in kvantitativno kemijsko analizo sestave vzorcev(EDXS, WDXS, AES) uporabljamo:• karakteristične rentgenske žarke in• Augerjeve elektrone
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
14
Sekundarni elektroni (SE) • nastanejo pri interakciji primarnih elektronov s šibko vezanimi elektroni v prevodnem pasu v kovinah ali v valenčnem pasu v polprevodnikih in izolatorjih. • so nizko-energijski elektroni z značilno energijo do 50 eV in se hitro absorbirajo v vzorcu. Detektiramo lahko samo tiste SE, ki nastanejo blizu površine vzorca (do globine približno 50 nm pod površino). • SE nosijo informacijo o topografiji površine vzorca.
Število SE, ki nastanejo v vzorcu, je praktično neodvisno od vrste atomov oz. atomskega števila Z.
Interakcija elektronov z materialom
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
15
Povratno sipani elektroni (BSE) • izvirajo iz primarnega elektronskega curka in imajo visoko energijo • izhajajo iz določene globine vzorca, ki je odvisna od eksperimentalnih razmer (npr. nekaj 100 nm)• število BSE je odvisno od lokalne topografije površine in od vrste atomov v vzorcu (narašča z atomskim številom) Z
Odvisnost števila BSE od Z uporabljamo za t. i. Z-kontrast slike (atomic number contrast), na katerem lahko razlikujemo področja z različno kemijsko sestavo.
BSE uporabljamo še za lokalno določanje kristalografske orientacije oz. teksture (EBSD) in za magnetni kontrast.
Interakcija elektronov z materialom
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
16
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
Priprava vzorcev za SEM
Vzorci za konvencionalni SEM morajo biti:• električno prevodni • obstojni v vakuumu• neobčutljivi za lokalno segrevanje
Neprevodne vzorce moramo pripraviti tako, da na površino vzorcev nanesemo plast kovine ali ogljika debeline od 5 nm do 40 nm.
Kovinske plasti (Au, Pt, Au-Pd, Cr, ...) nanesemo z:• magnetronskim ionskim naprševanjem v Ar plazmi ali • naparevanjem kovine v visokem vakuumu (
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
17
Prednosti vrstične elektronske mikroskopije
• velik razpon povečav za slikanje vzorcev od 20- do 300000-×,• zelo dobra ločljivost: > 3,5 nm pri konvencionalnem SEM z volframovo katodo > 1 nm pri FEGSEM - izredna globinska ostrina - primerna za slikanje vzorcev z izrazito topografijo• posnetki s sekundarnimi elektroni omogočajo analizo topografskih detajlov:
- površine- mikrostrukture- velikost in oblika zrn ali delcev (morfologija) -- porazdelitve poroznosti ali velikosti delcev
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
18
VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA - SEM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
19
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
• l. 1986 narejen prvi AFM (Atomic Force Microscope) • način delovanja podoben vrstičnem tunelskem mikroskopu (STM -Scanning tunnelling microscope) • bistvena razlika - namesto tunelskega toka z AFM merimo silo med konico tipala in površino vzorca
Delovanje
• AFM temelji na merjenju odboja laserske svetlobe od površine tipala, ki se premika zaradi delovanja različnih sil med vzorcem in vrhom konice tipala.
• Odbito lasersko svetlobo detektiramo s fotodiodo. • Merimo vertikalni in lateralni premik konice tipala.
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
20
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
DelovanjeZ AFM lahko merimo različne sile:
• van der Waalsove• elektrostatske• magnetne• kapilarne• ionske odbojne sile itd.
Vzorce lahko preiskujemo v:• atmosferskih razmerah • vakuumu ali • tekočini in pri • različnih temperaturah.
Z AFM lahko raziskujemo:• topografijo površin snovi • spremembe na površini, kot posledica (abrazija, korozija, trenje, jedkanje...)
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
21
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
(a) AFM s stacionarnim tipalom, vzorec se premika na piezo-skenerju (b) AFM s stacionarnim vzorcem, tipalo se premika z uporabo piezo-skenerja(c) skica odboja laserskega žarka od površine premikajočega tipala
Glavni deli AFM so:• piezo-električni nosilec vzorca (ali tipala) – skener,• tipalo z ročico in konico • laserski svetlobni sistem s fotodiodo za merjenje odklona tipala• nadzorna elektronika z računalnikom
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
ELEKTRONSKI MIKROSKOPSA
MO
ZA IN
TERN
O UP
ORAB
O
22
Piezoelektrični skenerima pritrjen vzorec. Narejen je iz piezoelektrične PZT-keramike v obliki cevke. Omogoča natančno premikanje vzorca po smeri x, y ali z v enakomernih korakih. Iz meritev odmika tipala v vseh točkah naredimo računalniško sliko površine vzorca.
Natančnost premika vzorca v odvisnosti od velikosti piezoskenerja pri delovanju s premikanjem vzorca:
0,006 nm50 x 50 x 3 nm (±10 %)
0,0011 nm10 x 10 x 2 nm (±10 %)
0,0004 nm3 x 3 x 1 µm (±10 %)
minimalni premik vzorcavelikost piezoskenerja (XYZ)
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
23
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
Tipaloje sestavljeno iz ročice s konico. AFM-meritve z atomsko ločljivostjo dosežemo samo z izredno ostro konico tipala.
SEM posnetki konic pri višjih povečavah kažejo, da je vrh konice vedno zaokrožen s krivinskim radijem od 5 nm do 30 nm.
Tipalo je narejeno iz trdnega in inertnega materiala (npr. iz silicijevega nitrida ali silicija) - preprečimo mehanske deformacije in kemijske reakcije med konico in vzorcem.
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
24
Ročica tipala:• narejena največkrat iz silicijevega nitrida ali silicija, • dolžina ročice je od 100 µm do 300 µm in debelina od 0,5 µm do 2 µm.• je pritrjena na ploščico velikosti približno 5 mm x 2 mm. Na eni ploščici je lahko več ročic z različnimi elastičnimi konstantami (0,005-100 N/m).
SEM-posnetki različnih tipal.
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
(a) različna tipala s konicami iz Si ali Si3N4 (b) pozlačena Si-konica z krivinskim radijem =10 nm(c) posebno tipalo s kroglico (d) detajl: tipalo s kroglico
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
25
Ročica mora imeti:• ustrezno elastično konstanto - merljiv odmik ročice • visoko lastno (resonančno) frekvenco (10-200 kHz) - izognemo se vplivu motenj iz okolice • veliko elastično konstanto, da signal ne bo manjši od termičnega šuma
Mejo občutljivosti AFM določa termično nihanje ročice. Sile, ki delujejo med vzorcem in konico tipala so zelo majhne, reda velikosti od 10-6 N do 10-13 N. Odklon ročice tipala je od nekaj mikrometrov do 0,01 nm.
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
26
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
Različici delovanja AFM
• način delovanja pri konstantni sili (s povratno zanko)navpični položaj vzorca (z) se med meritvijo spreminja - sila medkonico in vzorcem ostaja enaka.
• način delovanja pri konstantni višini (brez povratne zanke)navpični položaj vzorca se med meritvijo ne spreminja. V vsaki točki mreže skeniranja merimo odmik ročice. Sila med konico in površino vzorca se spreminja. Ta način je slabšilahko pride do artefaktov zaradi različnih deformacij površine.
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
27
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
Načini preiskav površine vzorcev z AFMso odvisni od interakcije tipala in vzorca:
1 Kontaktni načinKonica tipala je v stiku s površino vzorca, med njima prevladujejo ionskeodbojne sile.Pri premiku vzorca konica sledi topografiji površine – sila med vzorcem intipalom je konstantna.
Izhodni signal je sorazmeren višini vzorca v dani točki. Meritve izvajamo vobmočju močne odvisnosti sile od razdalje - dobimo slike z atomskoločljivostjo.
Vzorci morajo biti dovolj trdi, da jih ostra konica tipala ne poškoduje.
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
28
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
Načini preiskav površine vzorcev z AFM
2 PotrkavanjeKonica tipala niha z resonančno frekvenco in samo v majhnem delu svojega nihalnega cikla udari po površini vzorca. Takrat se amplituda nihanja zmanjša, kar uporabimo kot merilo za to, da ohranimo konstantno razdaljo med konico tipala in površino vzorca. Za osciliranje ročice poskrbi vgrajen piezoelement.
Potrkavanje lahko uporabimo tudi za mehke vzorce, vendar je možna kontaminacija konice in sprememba resonančne frekvence tipala.
http://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdfhttp://www2.arnes.si/~ljdvts/slo/2004/2004_1-2_72dpi/2004_1-2_2_72dpi.pdf
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
29
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
Načini preiskav površine vzorcev z AFM
3 Nekontaktni načinTipalo niha nad površino vzorca z majhno amplitudo in z resonančnofrekvenco. Na razdaljah 1-10 nm od površine vzorca delujejo na konicotipala van der Waalsove (tudi elektrostatske, magnetne ali kapilarne) sile.Frekvenca nihanja se zniža, amplituda pa zmanjša.
Prednosti:• tipalo ne pride v stik z vzorcem - se ne kontaminira • možno je snemanje zelo občutljivih vzorcev
Slabosti:• 2-3 × manjše sile kot pri kontaktnem načinu• velika razdalja med konico in vzorcem - težko dosežemo atomsko
ločljivost.
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
30
Sila, ki deluje med atomi na vrhu konice in tistimi na površini vzorca, je po naravi elektromagnetna in je odvisna od:• razdalje konica-vzorec• geometrije konice • snovi iz katere je narejena konica • kemijskih in fizikalnih lastnostih vzorca in medija, v katerem poteka meritev
Na večjih razdaljah prevladuje van der Waalsova privlačna sila, na manjših razdaljah pa pridemo v območje delovanja ionskih odbojnih (steričnih) sil.
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
Načini preiskav površine vzorcev z AFM
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
31
Sile pri topografskih merjenjih z AFM. Označena so področja za različne načine preiskav površin z AFM.
ELEKTRONSKI MIKROSKOP
MIKROSKOPIJA NA ATOMSKO SILO - AFM
Načini preiskav površine vzorcev z AFM
SAM
O ZA
INTE
RNO
UPOR
ABO
32
LITERATURA• J. I. Goldstein, D. E. Newbury, P. Echlin, D. C. Joy, A. D. Romig, C. E.Lyman, C. Fiori, E. Lifshin, Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis, 2. ed., Plenum Press, New York, 1992 • Z. Samardzija, M. Ceh, L. Cakare, B. Mali~, Karakterizacija kera-mi~nih tankih plasti z vrsti~no elektronsko mikroskopijo, Materiali in Tehnologije, 34(2000)5, 269-273. • Z. Samardzija, Vrsti~na elektronska mikroskopija in elektronska mikro-analiza, delavnica - Prakti~na uporaba elektronske mikroskopije zaanalizo materialov, 25.11.2003, IJS-K7 • Z. Samardzija, M. Ceh, Microstructural characterization of Ti1-XAlXNand Cr(C,N) hard coatings, Proc. of 5 Multinational Congress onElectron Microscopy, September 20-25, 2001, Lecce, Italija• G. Binnig, C. F. Quate, and Ch. Gerber, Atomic force microscope.Phys. Rev. Lett. 56(1986)9, 930-933 6NT-MDT Molecular devices and Tools for NanoTechnology, katalog 2002• NanoWorld AG, Switzerland: http://www.nanoworld.com 8http://www.ou.edu/research/electron/www-vl/afm.shtml • T. Kanda, Y. Kobayashi, M. K. Kurosawa, H. Yasui and T. Higuchi, Estimation of HydrothermallyDeposited Lead Zirconate Titanate (PZT) Thin-Film, Jpn. J. Appl. Phys., 40 (2001), 5543-5546 • O. Auciello, D. J. Kim, V. Nagarajan, R. Ramesh, Nanoscale Studies of Ferroelectric Phenomena in Perovskite Thin Films, http://www.msd. anl.gov/groups/im/highlights/ nanoferroelectrics.pdf• Atomic force microscopy: http://stm2.nrl.navy.mil/how-afm/how-afm.html • Scanning probe microscopy - Bristol University, AFM: http://spm.phy.bris.ac.uk/techniques/AFM/
http://www.nanoworld.comhttp://www.ou.edu/research/electron/wwwhttp://www.msdhttp://stm2.nrl.navy.mil/how-afm/how-afm.html