Gaz fazasidan metall-organik birikmalarning mahalliy kimyoviy cho'kishi

3.7. Gaz fazasidan metall-organik birikmalarning mahalliy kimyoviy cho'kishi
Prob orqali gaz fazasidan materiallarni kimyoviy cho'ktirish xona haroratida gaz injektori bilan jihozlangan skanerlash tunnel mikroskoplarida amalga oshiriladi. Injektor chiqishi probning uchiga yaqin joylashgan. Bu usul yarimo'tkazgichlar va metallarga nisbatan qo'llaniladi. Dastlabki reagentlar sifatida metallorganik materiallarni an'anaviy cho'ktirishda ishlatiladigan birikmalar odatda gazsimon holatda olinadi. Mikroskop probi ostida materialni cho'ktirish jarayoni prob-substrat bo'shlig'idagi elektr maydonining ta'siri bilan bog'liq bir necha mexanizmlar bilan tartibga solinadi. Birinchidan, birlamchi reagentlarning dissotsiatsiyasi kuchli elektr maydonining ta'siri yoki elektronlar bilan bombardimon qilish natijasida sodir bo'ladi. Gaz molekulalari elektronlar birikmasi tufayli ham ionlanishi mumkin. Prob ostidagi elektr maydoni bir hil emas. Shuning uchun dissotsiatsiya natijasida olingan zarralar intensivligi maksimal bo'lgan hududga, ya'ni bevosita zond uchi ostida joylashgan qismga ko'chiriladi. Bu usul yordamida qalinligi bir necha nm va kengligi (3÷5) nm bo'lgan material chiziqlarini yotqizish mumkin. Cho'kish tezligi (3 nm3 / sek). Skanerlash zond yordamida nanotexnologik usullar turli materiallardan nano o'lchamli elementlarni yaratish uchun etarlicha istiqbolli. Ushbu usullar 10 nm va undan kichikroq o'lchamdagi kvant simlari va kvant nuqtalarini yaratishi mumkin. Biroq, substratning past ishlov berish tezligi ushbu usullarni qo'llash imkoniyatlarini cheklaydi. Bu ommaviy ishlab chiqarish uchun etarli qilmaydi.
Shuning uchun ular yaqinda ko'p probli (1000 dan ortiq zond) kallaklardan foydalanishni boshladilar.
3.8 Atom kuchi mikroskopi
Atom kuch mikroskopi (AFM) 1986 yilda Gerd Binnig ilmiy tadqiqot guruhi tomonidan ixtiro qilingan. AFM ning ishlash printsipi prob va sirt o'rtasidagi o'zaro ta'sirga asoslangan. Shunday qilib, AFMda prob va sirt o'rtasidagi katta o'zaro ta'sir kuchi signalni qabul qilish uchun ishlatiladi. Asosan, AFM har qanday o'zaro ta'sir (atomlararo, elektr, magnit, issiqlik va boshqalar kesish effektlari) asosida ishlashi mumkin. Hozirgi vaqtda turli xil o'zaro ta'sirlar asosida ishlaydigan bir nechta AFM turlari mavjud. Biroq, ish printsipi atomlararo o'zaro ta'sirga asoslangan AFM eng ko'p qo'llaniladi. Bunday AFMda substratning o'tkazuvchanligi hech qanday rol o'ynamaydi. Shuning uchun o'lchovlar nafaqat o'tkazuvchan materiallarda, balki dielektrik, organik va biologik materiallarda ham amalga oshirilishi mumkin. Ko'rinib turibdiki, AFM STMga qaraganda ko'proq universaldir; turli tadqiqotlar hamda nanotexnologiyalarda keng qoʻllaniladi.
O'zaro ta'sirni qayd qilish uchun uchida juda nozik prob bo'lgan konsol deb ataladigan maxsus moslashuvchan sensor ishlatiladi. Probga sirt tomonidan ta'sir qilish konsolning egilishiga olib keladi. Ushbu burilishni qayd etish orqali prob va sirt o'rtasidagi o'zaro ta'sirni kuzatish mumkin (3.16-rasm).
3.16-rasm Zond sensori bilan AFM ning sxematik tasviri
AFM ishini sifat jihatidan Van der Vaals kuchlari misolida tushuntirish mumkin. Bir-biridan r masofada joylashgan ikkita atom o'rtasidagi Van der Vaals o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi Lennard-Jons potensiali bilan ifodalanadi, bu superpozitsiya funktsiyasi:
ULC(r) = – a/rm + b/rn.
Lennard-Jons potentsialining shakli 3.17-rasmda ko'rsatilgan.
U0 3.17-rasm. Lennard-Jons salohiyatining shakli
Lennard-Jons potentsialining eng ko'p qo'llaniladigan shakllaridan biri quyidagilar:
ULC(r) = U0[–2(r0/r)6 +(r0/r)12].
Bu erda birinchi yig'indi atomlararo dipol-dipol o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan uzoq masofali tortishishni, ikkinchi yig'indi esa qisqa masofali atomlararo itarishni hisobga oladi. r0 parametri atomlar orasidagi muvozanat masofasi, U0 esa egri chiziqning minimal nuqtasidagi energiya qiymati.
Lennard-Jons salohiyati prob va namuna o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchini baholashga imkon beradi. Tizimning umumiy energiyasini prob va namunaning alohida atomlari orasidagi elementar o'zaro ta'sirlarni yig'ish orqali topish mumkin (3.18-rasm).
3.18-rasm. Prob va namuna o'rtasidagi o'zaro ta'sir haqida hisobot
Keyin o'zaro ta'sir energiyasi
Wn
V
n
ULC(rr)nz(r)nn(r)dVdV
Vz
Bu yerda nz(r') va nn(r) zonddagi va materialdagi atomlarning konsentratsiyasi. Shunga ko'ra, sirtning zondga ta'sir qilish kuchini quyidagicha aniqlash mumkin
Fnz = –grad(Wn)
Umuman olganda, bu zarba kuchi ikkita komponentga ega: sirtga perpendikulyar va sirtga parallel (lateral). Aslida, prob va sirt o'rtasidagi o'zaro ta'sir murakkab. Ammo bu o'zaro ta'sirning asosiy jihati shundaki, katta masofalarda AFM probi namuna tomonidan tortiladi va kichik masofalarda u qaytariladi.
Sirt relyefining AFM tasviri prob sensorida egiluvchan konsolning kichik burilishlarini qayd etish orqali amalga oshiriladi. Buning uchun AFMda optik usullar keng qo'llaniladi (3.19-rasm).
3.19-rasm. AFM ning zond sensori konsolining burilishini optik qayd qilish sxemasi
AFM ning optik tizimi shunday o'rnatiladiki, yarimo'tkazgichli lazer nurlari zond sensori konsoliga qaratiladi va aks ettirilgan nur fotoreseptorning sezgir maydonining markaziga tushadi. Fotodetektor sifatida to'rt qismli yarim o'tkazgichli fotodiod ishlatiladi. Bu joylashuvga sezgir fotodiod.
Optik tizim orqali qayd etilgan asosiy parametrlar:
1. Sirtga perpendikulyar to'plangan tortishish va itarilish kuchlari ta'sirida konsolning egilish deformatsiyasi (Fz).
2. Yanal kuchlar ta'sirida konsolning buralish deformatsiyasi (Fl).
3. Agar fotodiod kesimlaridagi boshlang‘ich fototoklarni I01, I02, I03, I04, konsol holati o‘zgargandan keyingi kesimlardagi toklarni esa I1, I2, I3, I4 deb belgilasak, u holda o‘zaro toklarning ayirmasi. fotodiodning alohida bo'limlaridagi fototoklar konsolning egilish yo'nalishini ko'rsatadi va bu narxni tavsiflash imkonini beradi. Haqiqiy oqimlarning ΔIz farqi
ΔIz=(ΔI1+ΔI2) – (ΔI3+ΔI4)
namuna yuzasiga perpendikulyar kuch ta'sirida konsolning og'ishiga proportsionaldir (3.20-rasm, a).
3.20-rasm. Fotodioddagi yorug'lik nuqtasining joylashishini konsolning egilishining o'zgarishi bilan mos kelishi
4. Oqimlar
ΔIL= (ΔI1+ΔI4) – (ΔI2+ΔI3)
va farq lateral kuchlar ta'sirida konsolning egilishini tavsiflaydi (3.20-rasm, b).
ΔIz miqdoriy atom kuchi mikroskopining teskari aloqa zanjirida kirish parametri sifatida ishlatiladi. Qayta aloqa tizimi ΔIz=const bo'lishini ta'minlaydi. Bu piezo elementi yordamida amalga oshiriladi. Pyezo element konsolning ΔZ og'ishini operator tomonidan berilgan ΔZ0 qiymatiga teng ushlab turadi. AFM teskari aloqa tizimi 3.21-rasmda ko'rsatilgan.
3.21-rasm. AFM qayta aloqa tizimi
ΔIz=const rejimida, namunani skanerlashda prob sirt bo'ylab harakatlanadi. Bu vaqtda skanerning z-elektrodidagi kuchlanishning oʻzgarishi Z=f(x,y) sirt relyefiga mos funksiya sifatida kompyuter xotirasiga kiritiladi. AFM ning o'lchamlari zond uchining radiusiga va konsol yozish tizimining sezgirligiga bog'liq. Hozirgi vaqtda AQM ning yangi konstruktsiyalari atom darajasida ruxsat olish imkonini beradi.
|