III-BOB. Skanerli zond mikroskopi

|
III-BOB. Skanerli zond mikroskopi
|
bet | 21/51 | Sana | 19.12.2023 | Hajmi | 2,83 Mb. | | #123700 |
Bog'liq 2017-2422 TayyorIII-BOB. Skanerli zond mikroskopi
3.1. Nanotexnologiyaning prob usullari
Qattiq jismlarning sirtini o'rganishning bir qancha turli usullari mavjud. 15-asrdayoq hasharotlarni oʻrganish uchun kattalashtiruvchi koʻzoynaklar yaratilgan boʻlib, ularni kattalashtirilgan tasvirlarni olish vositasi boʻlgan mikroskopiyaning boshlanishi deb hisoblash mumkin. 17-asr oxirida Antoni Filips van Levenguk optik mikroskopni yaratdi. Ushbu mikroskop alohida to'qimalarni, kasallik qo'zg'atuvchi mikroblar va bakteriyalarni kuzatish va ularning mavjudligini tasdiqlash imkonini berdi. 20-asrda elektron va ion nurlari yordamida mikroskopiya usullari ishlab chiqildi. Barcha qayd etilgan usullarda quyidagi asosiy printsip qo'llaniladi: o'rganilayotgan ob'ekt zarralar oqimi bilan nurlanadi va olingan signal tasvirga aylanadi.
Skanerli prob mikroskopiya texnikasi boshqa printsipdan foydalanadi: zarralar oqimi o'rniga mexanik zond ishlatiladi. Boshqacha qilib aytganda, agar namuna elektron mikroskoplarda kuzatilsa, Skanerli zond mikroskoplarida (SPM) uni teginish orqali his qilish mumkin. SPM nomida aks ettirilgan yana bir muhim nuqta skanerlashdir. Ya'ni, bu holda ob'ekt haqida o'rtacha ma'lumot olinmaydi; probning diskret (bir nuqtadan ikkinchisiga) siljishlarini amalga oshirish orqali har bir nuqtada aniq ma'lumot olinadi.
Skanerli zond mikroskopiyasi qattiq jismlar yuzasining atom tuzilishi va mahalliy xossalarini o‘rganishning eng samarali usullaridan biridir. Skanerli zond mikroskopiyasi deganda materialni qayta ishlash va tayyorlash, uning xossalari va shaklini o'tkir qirrali zond yordamida alohida atomlar, molekulalar va nanometr o'lchamdagi strukturaviy elementlar darajasida o'zgartirish usullari va vositalari tushuniladi. Ayni paytda jarayonni vizual kuzatish va nazorat qilish ham mumkin. Ushbu texnikalar majmuasi zond nanotexnologiyasining asosidir.
Skanerli zond mikroskopiya usullari nanotexnologiyada ham keng qo'llaniladi. Zamonaviy zond mikroskoplari nanoob'ektlarni o'rganish va 50 dan ortiq turli usullarda texnologik operatsiyalarni bajarish imkonini beradi. Bu mikroskoplarda sirt mikrorelefi va uning mahalliy xossalarini o‘rganish uchun maxsus ishlab chiqilgan o‘tkir zondlar qo‘llaniladi. Zondning ishchi uchining diametri o'n nanometrga teng bo'lib, ba'zi qurilmalarda u kichikroq, zond bilan sirt orasidagi masofa (0,1÷10) nm orasida o'zgarib turadi. Barcha mikroskoplarda prob va sirt o'rtasidagi o'zaro ta'sir turli yo'llar bilan sodir bo'ladi: tunnel oqimi, issiqlik almashinuvi, atomlararo, elektr yoki magnit kuchlar. Bunday o'zaro ta'sirning xususiyatiga ko'ra, skanerlovchi zond mikroskoplari tunnel mikroskoplari, atom kuch mikroskoplari, elektr quvvat mikroskoplari va magnit kuch mikroskoplari deb ataladigan guruhlarga bo'linadi.
Har bir holatda, harakatlanuvchi prob va sirt o'rtasidagi mahalliy o'zaro ta'sir ma'lum bir signalni yaratish bilan birga keladi. Sirtning tasviri sirtni skanerlashda hosil bo'lgan signallar to'plami asosida yaratiladi; shu bilan birga, magnitlanish, elektr o'tkazuvchanlik, harorat, elektr yoki magnit maydonlar kabi o'rganilayotgan miqdorning sirt bo'ylab taqsimlanishini aniqlash mumkin. SPM yuqori aniqlikka ega.
Keling, barcha zond mikroskoplari uchun umumiy bo'lgan jihatlarni ko'rib chiqaylik. Faraz qilaylik, prob va sirt o'rtasidagi o'zaro ta'sir har qanday P parametr bilan tavsiflanadi. Agar bu parametr P zond va sirt orasidagi masofa z ga bir qiymatli bog'liqlik bo'lsa, P=P(z), u holda bu parametrdan qayta aloqa hosil qilish mumkin va bunday qayta aloqa masofani boshqarish imkoniyatini beradi. prob va sirt o'rtasida. 3.1-rasmda skanerlovchi zond mikroskopidagi teskari aloqaning umumiy printsipi ko'rsatilgan.
Qayta aloqa tizimi P parametrining P0 qiymatini doimiy ushlab turadi. Agar prob va sirt orasidagi masofa o'zgarsa, masalan, ortib borsa, P parametrining qiymati ham o'zgaradi. Bu vaqtda teskari aloqa tizimida DP=P – P0 farqiga proportsional signal hosil bo'ladi; bu signal kuchaytiriladi va aktuatorga beriladi. Aktuator bu signalni qabul qiladi va probni yuzaga yaqinlashtiradi. Bu yaqinlashish DP signali nolga teng bo'lguncha davom etadi, ya'ni prob va sirt orasidagi masofa boshlang'ich qiymatni oladi
3.1-rasm. Zond mikroskopida teskari aloqani joylashtirish sxemasi
Shunday qilib, prob va sirt orasidagi masofa yuqori aniqlik bilan doimiy ravishda saqlanadi. Mavjud mikroskoplarda zond-yuza masofasi 0,001 nm aniqlikda doimiy saqlanadi. Zond sirt bo'ylab harakat qilganda, o'zaro ta'sir parametri P sirt topografiyasiga qarab o'zgarishi aniq. Qayta aloqa tizimi bu o'zgarishlarni qayd qiladi. Natijada, zond XY tekisligida harakat qilganda, aktuatorda hosil bo'lgan signal sirt relyefiga qarab o'zgaradi.
Prob mikroskopining skanerlash usullari orqali tasvirni olish uchun namunani maxsus tashkil etilgan skanerlash jarayoni amalga oshiriladi.
Skanerlash vaqtida prob avval namuna yuzasida ma'lum bir chiziq bo'ylab harakatlanadi; bu vaqtda bajaruvchi elementdagi sirt relefiga mos keladigan signal qiymati kompyuter xotirasiga yoziladi. Keyin prob boshlang'ich nuqtasiga qaytadi, skanerdan o'tkazilayotgan keyingi qatorga o'tadi va jarayon takrorlanadi. Shu tarzda skanerlash natijasida qayd etilgan qayta aloqa signali kompyuterda qayta ishlanadi, so‘ngra Z=F(x,y) sirt relyefining tasviri kompyuter grafikasi usullari yordamida yaratiladi. Zond mikroskoplari sirtning turli xossalarini: mexanik, elektr, magnit, optik va boshqa xossalarini, sirt topografiyasini o‘rganishda o‘rganish imkonini beradi.
|
| |