Elektr-kuch mikroskopi - Microsoft Word D?rs v?saiti. Nanotexnologiya docx

3.9. Elektr-kuch mikroskopi
Elektr quvvat mikroskopiyasida (EFM) zond va namuna o'rtasidagi elektr o'zaro ta'sir sirtning xususiyatlari haqida ma'lumot olish uchun ishlatiladi.
Supero'tkazuvchi qatlam bilan qoplangan probli sensordan va nozik o'tkazuvchan qatlamga yotqizilgan yaxshi o'tkazuvchanlikka ega substratdan iborat tizimni ko'rib chiqaylik (3.26-rasm).
Faraz qilaylik, doimiy U0 va o'zgaruvchan U=U1Sin(ōt) kuchlanishlar zond va namuna bo'shlig'iga qo'llaniladi. Substratdagi yupqa plyonka yarimo'tkazgich yoki dielektrik bo'lsa, ular sirt zaryadlariga ega bo'lishi mumkin, shuning uchun namuna yuzasida ph (x, y) potentsial taqsimot mavjud. Prob va namuna yuzasi orasidagi kuchlanish quyidagi rasmda ko'rsatilishi mumkin
U= U0+U1 sin(ωt).
Prob-namuna tizimi ma'lum bir sig'imga ega C. Shuning uchun bunday tizimning energiyasini quyidagicha ifodalash mumkin׃
E
CU 2 .
2
Keyin prob va namuna o'rtasidagi elektr o'zaro ta'sir kuchi
F = −grad (E)
sifatida belgilash mumkin Va bu kuchning yig'indisi
F dE 1 U2 dC .
z dZ 2 dZ
3.26-rasm. Prob va namuna o'rtasidagi elektr o'zaro ta'sirini o'lchaydigan sxema U0 doimiy, U≈ o'zgaruvchan kuchlanish.
Yuqorida keltirilgan ifodalarni hisobga olgan holda, tenglama yechimidan o'zaro ta'sir kuchi quyidagi uchta komponentga ega ekanligi aniqlanadi:
Belgilangan yig'ilgan
ω tezliyində toplanan
dZ
Fz() (U0 (x, y)U1 sin t dC
2ω chastotada yig'iladi:
4
1
F 1 U 2 cos(2t) dC
z(2)
dZ
2ω chastotada konsolning tebranish amplitudasini qayd etish C1z(x,y) miqdorning sirt bo‘ylab taqsimlanishini o‘rganish imkonini beradi. C1z(x,y) – sig‘imning z koordinatasi bo‘yicha hosilasi. Ushbu usul orqali namuna yuzasiga yaqin qatlamlarning mahalliy dielektrik xususiyatlarini o'rganish mumkin. Yuqori aniqlikka erishish uchun prob sensori-namuna tizimidagi elektr o'zaro ta'sir kuchini asosan prob va sirt o'rtasidagi o'zaro ta'sir bilan aniqlash kerak. Planar kondensatorning oddiy modeli asosida zondning sirt bilan elektr o'zaro ta'sir kuchini quyidagicha ko'rsatish mumkin:
,
F 1U2 dC1U2 R2
ps 2
dZ 2 h2
Bu erda α - doimiy koeffitsient, R - zond uchining xarakterli radiusi, h - o'tkazuvchan substratdagi dielektrik qatlam qalinligi. Boshqa tomondan, namunaning konsolga ta'sir qiladigan kuchi
Fcs 1 U2 dC 1U2 La
2 dZ 2 H2
Bu erda L - konsolning uzunligi, α - kengligi, H - konsol va sirt orasidagi masofa va probning o'lchamlari bilan aniqlanadi. Zond uchi bilan sirt orasidagi masofa h Fps>Fcs shartidan olinadi
h .
Probning odatiy parametrlarini hisobga olgan holda (L~100μm, a~30 μm, H~30 μm, R~10 nm) tapılır ki,h≤10 nm.
DC/dz miqdori prob va namuna orasidagi masofaga bog'liq bo'lganligi sababli, namunalarning dielektrik xususiyatlarini o'rganish uchun o'tkazuvchanlik usuli qo'llaniladi. Skanerlangan har bir satrda quyidagi amallar bajariladi. Birinchi o'tishda ω0 rezonans chastotasiga yaqin konsolning tebranishlari pyezovibrator yordamida qo'zg'atiladi va "yarim kontaktli" rejimda relyefning AFM tasviri olinadi. Keyin zond sensori sirtdan Z0 masofaga uzoqlashtiriladi, zond va namuna oralig'iga ω=ω0 chastotali o'zgaruvchan kuchlanish qo'llaniladi va skanerlash takrorlanadi. Ikkinchi o'tish paytida sensori namunaning topografiyasini takrorlaydigan traektoriya bo'ylab sirt ustida harakat qiladi. Skanerlash jarayonida har bir nuqtada zond sensori va sirt orasidagi mahalliy masofa doimiy bo'lganligi sababli, 2ω chastotada konsol tebranish amplitudasining o'zgarishi prob-namuna tizimining sig'imining o'zgarishi bilan bog'liq bo'ladi. Prob-namuna tizimining sig'imidagi o'zgarish namunaning dielektrik xususiyatlarining o'zgarishi natijasidir. Shunday qilib, yakuniy EFM tasviri ikki o‘lchovli C1z(x,y) funksiya bilan ifodalanadi.va namunaning mahalliy dielektrik xususiyatlarini tavsiflaydi.
Signalni ω chastotasida aniqlash orqali φ(x,y) sirt potensialining taqsimlanishini o'rganish mumkin. Buning uchun ikkinchi o'tish paytida har bir nuqtada quyidagi operatsiya bajariladi. Doimiy kuchlanish manbasidan berilgan kuchlanishning U0 qiymati shunday topiladiki, ō chastotasidagi konsol tebranishlarining amplitudasi nolga teng. Bu yuzaning berilgan nuqtasida U0= φ (x,y) bo'lganda sodir bo'ladi.
|