Kirish nanotexnologiyaning istiqbollari. Xulosa Foydalanilgan adabiyotlar kirish - bet 7

4.1.-rasm. Fotonlar bilan nurlantirishga asoslangan usullar
UBES-uitrabinafsha nurlar fotoelektron spektroskopiyasi; RFES- rentgen nurlar FEsi; KAES- kimyoviy analiz uchun elektron spektroskopiya; N K S-Nurlaring kombinatsion sochilishi; R F S- rentgen-foton spektroskopiyasi Bu usul orasida quyidagilarni alohida ta’kidlash mumkin.
1 .IQ-yutilish. Bunda 1Q fotonlar yuzaning monomolekulyar tebranma holatni vujudga keltirish mumkin IQ ning bu tebranishlardan yutilishini analiz qilib yuza qatlamning molekulyar tuzilishi haqida ma’lumot olinadi Yarim o‘tkazgichlarda va dielektriklarda IQ nurlar yutilishi natijasida donor sathlardan o’tkazuvchanlik zonasiga,valent zonadan akseptor sathlarga elektronlar o‘tishi ro’y beradi. Bu esa donor va akseptor sathlarning energetik holatini aniqalash imkonini beradi. 2. Ko’zga ko’rinuvchi nurlar diapazonida ellipsometriya va nurlarning kombinatsion sochilishi (NKS) usullari qo‘llaniladi.
Ellipsometriya metodida. yuzaga yaxshi nurlar dastasi yuboriladi va uning qaytishida qutblanish fazasining o‘zgarishi analiz qilinadi. Bunda yuzaning holati to‘g‘risida ma’lumot sindirish ko‘rsatkichini o‘lchash orqali olinadi. JNKS metodi yorug’lik materiali bilan ta’sirlashishi natijasida har xil o‘tishlarning vujudga kelishiga asoslangan. Sochilayotgan fotonlar bunday o‘tishlar natijasida o‘z energiyasini, oshirishi. yoki kamaytirishi mumkin. Emissiyalangan fotonlar chastotalarining o‘zgarishini analiz qilib, tekshirilayotgan jism yuzasi to‘g’risida ma’lumot olinadi. 3. UB-yutilish. Bu usul ko‘proq yuza va yuza osti qatlamlarida elektronlarning energetik taqsimoti haqida eng aniq ma’lumotlar bera oladi. Bu usul yordamida yuza qatlamlarning zonaviy tuzilishi va parametrlari aniqlanadi. 4. Rentgen-foton spektroskopiyasi. Rentgen nurlar ta’sirida jismdagi atomlarning elektronlari bir satxdan ikknchi satxga o‘tadi. Bunda koldik energiya nurlanish (foton) hosil qilishi mumkin. Bu nurlanishlarning chastotalari va intensivliklarini analiz kilib yuza holati to‘g‘risida juda kerakli ma’lumotlar olinadi. Foto-elektron emissiyaga asoslangan metodlar juda ko‘p. Ularning eng asosiylari Ultrabinafsha fotoelektronlarining spektroskopiyasi (UBES). Yuzalardan ultrabinafsha nurlar ta’sirida uchib chiqqan elektronlarning energiya bo‘yicha taqsimlanishi analiz qilinadi. Rentgen fotoelektronlarning spektroskopiyasi (RFES). Bu metod valent zona va undan pastda joylashgan elektron sathlar to‘g‘risida ma’Iumot bera oladi. 3. Kimyoviy analiz uchun elektron spektroskopiya (KAES). Bu metod OES metodiga o‘xshash. Bunda pastki elektron sathlardagi bo‘sh o‘rinlar elektron ta’sirida emas, rentgen nurlari ta’sirida hosil qilinadi.
KAES-yordamida material yuzasining elementar va kimyoviy tarkibi, atomlarning konsentratsiyalari aniqlanadi. Tashqi fotoeffekt qonunlari Yorug‘lik ta’sirida qattiq jism yuzasidan vakumga uchib chiqayotgan elektronlarning emissiyasiga oid qonunlarni ko‘rib o‘tamiz. Fotoeffektning asosiy qonunlari tajribalar asosida yaratilgan bo‘lib u monoxromatik nurlar uchun quyidagilardan iborat 1. To‘yinish rejimida (ya’ni uchib chiqayotgan barcha fotoelektronlar qayd qilinganda) fototokning qiymati jismga tushayotgan nurlarning intensivligiga to‘g‘ri proporsional bo‘ladi (Stoletov qonuni). 2. Har bir jism uchun ma’lum bir chegaraviy to‘lqin uzunlik mavjud bo‘lib, jismga tushayotgan nurlarning to‘lqin uzunligi X undan katta bo‘lsa, fotoemissiya hodisasi ro‘y bermaydi. Ko‘pincha bu qonun fotoeffektning qizil (yoki uzun to‘lqinli) chegarasi deb ataladi. Uzun to‘lqinli chegaraga chastotaning eng kichik qiymati mos keladi vo=c/Xo. Bu yerda vo chegaraviy chastota deyiladi. Agar tushayotgan nur chastotasi (o dan kichik bo‘lsa, fotoeffekt ro‘y bermaydi. 3. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi chastota oshishi bilan oshib boradi va fotonlarning intensivligiga bog‘liq bo‘lmaydi (Eynshteyn qonuni). Umuman, Eynshteyn fotoeffekt qonunlarini o‘zida to‘la mujassamlashtirgan qonunni yaratdi. Bunday qonunni yaratishda u o‘z tajribalari yordamida asoslagan quyidagi ikkita mulohazalardan foydalandi birinchidan foton jism elektroni bilan to‘qnashganda unga o‘zining barcha energiyasini to‘la beradi, ikkinchidan jism elektroni bitta fotondan energiya olib g‘alayonlanish davrida (t=10*,34-10',4c) boshqa fotonlardan energiya olmaydi, ya’ni har bir uchib chiqqan elektron faqatgina bitta fotonning energiyasini olgan bo‘ladi. (Bu aytilgan fikrlar yuqori intensivlikdagi nurlar uchun, masalan lazer nurlari uchun bajarilmaydi). Uchib chiqayotgan fotoelektronlarning vakuumdagi maksimal kinetik energiyasi (tezligi) har xil bo‘lishi mumkin. Bunga sabab bu elektronlarning jism ichidagi boshlang‘ich energiyalarining har xilligidir. Fotondan energiya olganga qadar jism ichidagi elektronlarning energiyasi qancha katta bo‘lsa, uchib chiqqandan keyin ham uning energiyasi shuncha katta bo‘ladi. Masalan, qattiq jismning valent zonasidagi elektronlar ichida valent zonaning tepa qismidagilari eng katta energiyaga ega bo‘ladi. Demak, vakumda ham bu zonaning tepa qismidan chiqqan elektronlar eng katta energiyaga ega bo‘ladi. Buning uchun fotoelektronlar hosil qilayotgan tok bilan to‘xtatuvchi potensial orasidagi bog'lanish egri chizig‘ining birinchi tartibli differensiali (hosilasi), ya’ni fotoelektronlarning spektri yozib olinadi.
Ultrabinafsha nurlar sohasida spektrini yozib olishda ko‘p to‘rli sferik analizatorlar ishlatish ancha qulaydir. 4.3-rasmda metallarning yuza qismida valent elektronlarining energetik taqsimoti va shu metalldan vakumga uchib chiqayotgan fotoelektronlarning spektri sxematik ravishda ko‘rsatilgan. Bu spektrlarning ko‘rinishi bir-biriga juda o‘xshash. Bundan fotoelektronlar spektrini yozib olish orqali valent elektronlarining taqsimoti haqida to’g’ridan-to’g’ri m’alum olish mumkin degan xulosa kelib chiqadi. Rasmdan ko‘rinadiki, agar elektronning metal ichidagi to‘la energiyasi YE bo‘lsa, uning fotondan energiya olib vakumga uchib chiqishi uchun quyidagi shart bajarilishi kerak. Insonning ko‘zi 1 - 1 ,5 ° burchak ostida joylashgan ikki nuqtani ajrata oladi. Agar burchak kichik bo’lsa , bu ikki nuqta birlashib ketadi. Bu nuqtalar bir - biridan 0,1 mm masofada joylashgan bo’ladi va bu masofa ruxsat etilgan masofa deb nomlanadi. Linza (lupa) laidan foydalanish amalda 20-25 marta kattalashtirish imkonini beradi va buning oqibatida ruxsat etilgan masofa kichrayadi. Ruxsat etilgan masofaga teskari kattalikni ajrata olish tarkibi har xil bo’ladi. Okulyar oraliq tasvirining kattalashtirilgan ko‘rinishini, ya’ni yakuniy tasvirni shakllantiradi. Ko‘rinib turganidek berilgan xolatda haqiqiy tasvir yuzaga keladi va uni fotoplastinka yoki kinoplyonkaga yozib qo‘yish mumkin. Tasvirni bevosita kuzatish (odam ko‘zi yordamida) lozim bo‘lgan hollarda yorug'lik nurlarining harakat trayektoriyalari boshqacha bo’lishi lozim, chunki mikroskop yana bir optik asbob odam ko‘zining setchafkasida yakuniy haqiqiy tasvirni hosil qiladi. Mikroskop beradigan to‘liq kattalashtirish Ob’yektiv kattalashtirishi (100-110 dan katta emas) va okulyar kattalash-tirishlarining (15-16) ko‘paytmasiga teng, ya’ni kattalashtirishning qiymati 1600-1700 bo‘lishi mumkin. Albatta linzalarning optik kuchi kattalashtirib yoki qo‘shimcha linza qo‘shib kattalashtirish qiymatini oshirish mumkin. Aberratsiyalar ta’sirida nuqtaviy obyektning tasviri qandaydir figura ko‘rinishida hosil qilinishi mumkin. Biroq aytib o ‘tish kerakki, zamonaviy texnika juda kichik aberratsiyali optik , sistemalami -yaratishga imkon beradi va ular mikroskopda olinadigan tasvir sifatiga katta ta’sir qilmaydi. Bu yerda asosiy rolni yorug‘likning to’llqin xossasi bilan bog‘liq bo‘lgan difraksiya xodisasi o‘ynaydi. Simmetriya o‘qida joylashgan nuqtaning tasvirini bir aberratsiyalardan xoli ideal linza yordamida hosil qilmoqchi bo'lsak, yorug‘lik Difraksiyasi tufayli u yorug‘ dog‘ va uning atrofida-joylashgan qorong‘u va yorug‘ xalqalardan iborat bo’ladi. Agar linza bir - biridan d masofada joylashgan ikki nuqtaning tasvirini hosil qilayotgan bo‘lsa, bu masofaning kamayishi markaziy difraksion xalqalarning bir - biri ustiga tushib qolishiga olib keladi. Oxir oqibatda minimal masofaga yetgandan keyin ular qo‘shilib ketadi va ikki nuqta mavjudligini aniqlash mumkin bo‘lmay qoladi.Shuning uchun bundan keyingi kattalashtirish tasvirining sifatini oshira olmaydi. Bunday mikroskoplar 1930 yillarda ENT asosidagi displeyni tayyorlashda qo‘laniladigan texnologiyalardan foydalanilgan xolda yaratilgan.
Bunda yupqa namuna bir tomondan nurlantiruvchi tizim xosil qilgan, ma’lum bir energiyadagi bir jinsli elektron to‘plam bilan nurlantiradi. Namunaning boshqa tomonidagi quvvatli Ob’yektiv linzalar tasvirini hosil qiladi. Ob’ektiv orqasida proyeksion tizim joylantirilgan bo‘lib, uning vazifasi namuna tasvirini ko‘z ko‘rishi mumkin bo’lgan o‘lchamgacha kattalashtirgan holda fluoressent xosil qiladi. « Tasvirni yozish uchun fluoressent ekran, fotoplenka yoki fotoplastika bilan almashtiriladi. Namunaning qalinligi uni nurlantiruvchi elektronning o‘rtacha erkin yurish yo‘lidan kichik bo’lishi kerak. Namunaning qalinligi iloji boricha yupqa bo’lishi kerak, aks xolda yuqori ajrata olish imkoniyati va elektron mikroskopning keskinlik chnqurligining kattaligi sababli tasvirda ko‘p miqdorda bir birining ustiga tushgan elementlar xosil bo’ladi. Namunaning qalinligi ajrata olish imkoni kattaligidan 10 marta oshmasligi kerak. Metall qotishmalar va yarimo‘tkazgichlarning 10-100 mm qalinlikdagi pardalarini olish uchun mikroyemirish usulidan foydalaniladi. Kattalashtirilgan kontrastligi namuna orqali o‘tuvchi elektronlarni to‘qnashishi xisobiga erishiladi. Namunaning qalinligi ajrata olish uning kattaligidan 10 marta oshmasligi kerak. Metall qotishmalar va yarim o‘tkazgichlarning 10-100 mm qalinlikdagi pardalarini olish uchun mikroyemirish usulidan foydalaniladi. Kattalashtirilgan tasvirning kontrastligi namuna orqali o‘tuvchi elektronlarni bir qismini atom bilan, to‘qnashishi hisobiga erishiladi. Bunda elektron sochiladi yoki ularni energiyasi kamayadi. Sochilgan elektronlarni tasviri fokal tekisligiga yig‘ish uchun ob’yektiv linzada apertura diafragmasi joylashtiriladi. Yorituvchi elektron mikroskopda apertura diafragmasi tasviri hosil mexanizmida muhim rol o‘ynaydi. Shuningdek apertura ob’yektiv linzaning sferik aberratsiyasini kamaytiruvchi vosita hisoblanadi. Uning o’lchami sferik aberratsiya xisobiga tasvirning yoyilish difraksiyadagidek bo’lguncha kichraytiriladi. Aperturaning o’lchamini yanada kichraytirish tasvirni difraksion yoyilishini oshishiga olib keladi. Elektronlar energiyasi qanchalik katta bo’lsa, ularning to’lqin uzunligi shunchalik kichik bo’ladi. Bunga bog’liq ravishda apertura shunchalik kichik bo’ladi. Odatiy 10 - 100 kV ishchi kuchlanishlarda optimal apertura burchagi 0,5° bo’lishi kerak. Ob’yektiv linzasining 2 mm fokus masofasiga 40 mkm diametrli apertura diafragmasi mos keladi Fluoressent ekranda tasvirni ko‘rish yoki foto plastinkaga uni tasvirini olish uchun namunani nurlantiruvchi elektronlarni intensivligi iloji boricha katta bo’lishi kerak. Nurlantiruvchi tizim shu xolatni hisobga olgan holda ishlab chiqariladi va turli konstruksiyaga ega bo’lishi mumkin. Odatda u elektrostatik uch elektrodli manbadan iborat bo’lib, undan so‘ng ikkita magnit linzali kondensor joylashtiriladi. Ob’yektiv linzasi kichik fokus masofaga ega bo‘lib, uni 1 mm qilish mumkin. Namuna bevosita fokusga joylashtiriladi. 200000 marta kattalashtirish uchun ob’yektiv, oraliq va proyeksion linzalar orasidagi kattalashtirishlarning nisbati 100:20:100 ga teng qilib olinadi. Oraliq linzaning vazifasi mikroskopning uzunligini faqatgina proyeksion linzaning o‘zi ishlatilgan mikroskopga qaraganda kichiklashtiradi.
Bu bilan l mm kichik fokus masofali magnit linzani yaratish qiyinchiligidan holi bo‘linadi. Kondensor va kattalashtiruvchi tizimlarda magnit linzalar qo‘llaniladi, chunki ularda elektrostatikga nisbatan kichik aberratsiyaga erishiladi.
|