Презентация на тему "Методы исследования наносистем"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Методы исследования наносистем

  Доцент кафедры КХТП, к.т.н.М.Г. Гордиенко

• 
  Слайд 2

  Нанотехнологии: первые российские стандарты

  ГОСТ Р 8.628-2007 Государственная система 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

• 
  Слайд 3

  Просвечивающая и растровая (сканирующая) электронная микроскопия

  1931 год - 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

• 
  Слайд 4
  

  Принцип действия схож 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.

• 
  Слайд 5
  

  Топография поверхности – 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 Элементныйсостав – регистрация рентгеновского излучения

• 
  Слайд 6
  

  Электронная микроскопия: просвечивающая растровая Виды катодов (способ формирования пучка электронов): термоэмиссионный катод катод Шоттки катод с холодной автоэмиссией Для увеличения длины свободного пробега электронов в камере поддерживается вакуум

• 
  Слайд 7
  

  ПЭМ (Transmission Electron 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.

• 
  Слайд 8

  Просвечивающая и растровая электронная микроскопия

• 
  Слайд 9

  Сканирующая зондовая микроскопия

  1981 г. – создан прототип современного 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

• 
  Слайд 10

  Сканирующая зондовая микроскопия (Scanning Probe Microscope, SPM)

  Позволяет формировать трехмерное изображение поверхности образца

• 
  Слайд 11

  Сканирующая зондовая микроскопия

  Сканирующий атомно-силовой микроскоп позволяет получить топографию 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

• 
  Слайд 12
  
• 
  Слайд 13

  Ионнополевая микроскопия

  Микроскопия поверхности образца, имеющего форму острой иглы, 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).

• 
  Слайд 14
  

  Газ вблизи иглы поляризуется в поле, а 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

• 
  Слайд 15

  Фотоэмиссионная и рентгеновская спектроскопия

  Электронная спектроскопия включает методы для 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.

• 
  Слайд 16

  Фотоэмиссионная спектрометрия

  В фотоэлектронной спектроскопии применяются монохроматическое рентгеновское или 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.

• 
  Слайд 17

  Рентгеновская спектроскопия

  Исследуемый образец помещается в вакуумную камеру растрового 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.

• 
  Слайд 18

  Рентгеновская дифрактометрия

  Рентгеноструктурный анализ (рентгенодифракционныйанализ) — один из 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.

• 
  Слайд 19
  
• 
  Слайд 20

  Анализаторы размера частиц и дзета-потенциала

  Принцип работы приборов основан 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.

• 
  Слайд 21
  
• 
  Слайд 22

  Спасибо за внимание!