AFM/STM. NT-MDT Solver-Pro. Βασικές πληροφορίες χειρισμού

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "AFM/STM. NT-MDT Solver-Pro. Βασικές πληροφορίες χειρισμού"

φώλος Βυζάντιος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 AFM/STM NT-MDT Solver-Pro Βασικές πληροφορίες χειρισμού

2 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ SPM (1) Τα μικροσκόπια σάρωσης ακίδας (scanning probe microscopes SPM) χρησιμοποιούνται για την ανάλυση της επιφάνειας και των τοπικών ιδιοτήτων των δειγμάτων. Η ανάλυση πραγματοποιείται μέσω κατάλληλων ακίδων (tips) των οποίων το λειτουργικό τμήμα δεν ξεπερνά σε διαστάσεις τα 10 nm. Οι εικόνες της επιφάνειας δειγμάτων που προκύπτουν είναι τρισδιάστατες και σε κλίμακα από μερικά Ångstrom έως μερικές δεκάδες μm. Ανάλογα με τον τύπο της αλληλεπίδρασης μεταξύ της ακίδας και της επιφάνειας του υποστρώματος, διακρίνονται ποικίλοι τύποι μικροσκοπίας. Η μικροσκοπία ρεύματος σήραγγας με ακίδα (scanning tunneling microscopy STM), βασίζεται στο φαινόμενο της εμφάνισης ρεύματος σήραγγας μεταξύ της μεταλλικής ακίδας και του αγώγιμου ή ημιαγώγιμου υποστρώματος. Η μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων (atomic force microscopy-afm) βασίζεται στη δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ της ακίδας και της επιφάνειας του υποστρώματος.

3 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ SPM (2) Σύστημα ανίχνευσης και καταγραφής των αποκλίσεων της ακίδας κατά την Ζ κατεύθυνση Κύκλωμα Ανάδρασης Πιεζοκρύσταλλος Δείγμα Ακίδα Καταγραφή σε Η/Υ Αρχική θέση ακίδας-δείγματος (Μπορεί να βρίσκεται είτε κάτω από το δείγμα είτε πάνω από την ακίδα) Η ακίδα έρχεται κοντά στο δείγμα σε απόσταση 0,1-10 nm και γίνεται σάρωση της επιφάνειας. Σε όλη την διάρκεια της σάρωσης επιδιώκεται η διατήρηση αλληλεπίδρασης δείγματος-ακίδας σε μία προκαθορισμένη τιμή (Set point), μέσω του κυκλώματος ανάδρασης. Το κύκλωμα ανάδρασης αντιλαμβάνεται τις αποκλίσεις της ακίδας κατά την Ζ κατεύθυνση και μετακινεί αντιστοίχως τον πιεζοκρύσταλλο. Η τιμή Z καταγράφεται για κάθε θέση (x,y) της ακίδας πάνω στην επιφάνεια. Στην συνέχεια κάθε σημείο Z = f (x,y) αποκωδικοποιείται και μετατρέπεται σε εικόνα.

4 Βασικά μέρη οργάνου Oπτικό μικροσκόπιο με κάμερα Κεφαλή Θέση δείγματος Προστασία θορύβων Προενισχυτής Βάση προσέγγισης Βάση απορρόφησης κραδασμών Συσκευή ελέγχου Tράπεζα στήριξης

5 3 Διαφορετικές Κεφαλές Universal AFM Scanning Head (for scanning by tip in air &liquid) (for scanning by sample) 2 διαφορετικοί Αποσπώμενοι Scanners Universal AFM Measuring Head STM Scanning Head with preamplifier (for scanning by tip) Ηλεκτροχημική κυψέλη (for in situ AFM/STM)

6 Υποδοχείς ακίδας (Probe-tip holders) Για μετρήσεις AFM Για μετρήσεις STM Κεφαλή: Universal AFM Scanning Head In air In liquid Κεφαλή: Universal Measuring Head (only in air)

7 Probes -Tips AFM: Single Crystal Silicon, N-type STM: 80%Pt-20%Ir, Πάχος σύρματος :0.25 mm

8 AFM Ακίδες (Probes) ~30 μm ~125 μm For SemiContact mode ~225 μm For Contact mode

9 Solver Pro Tεχνικά χαρακτηριστικά Σάρωση με αποσπώμενο Σάρωση με την ακίδα της σαρωτή κεφαλής Σαρωτές 1.8x2.0x2.5 μm (±10%), ΑFM In air: 10.7x10.9x2.5 μm (±10%) 134.5x131.8x3.3 μm (±10%) In liquid: 153.6x153.2x3.3 μm (±10%) Κεφαλές Οπτικό μικροσκόπιο με κάμερα Αντικραδασμικό και ηχομονωτικό σύστημα STM: 3.6x3.6x1.2 μm (±10%) AFM STM: 30 pa-50 na, RMS noise 4 pa (standard preamplifier); 10 pa-5 na, RMS noise 1.5 pa (low current preamplifier) Resolution 3 μm Numerical aperture 0.1 Magnification with 1/3 CCD camera 85x to 1050x Horizontal field of view 4.5 (2) to 0.37 mm. Color CCD camera Active vibration isolation system: Active damping (0,6-100 Hz), >100 Hz - passive damping. Table top 400x400 mm Electric shielding and acoustic isolation is provided by the special cast metal hood.

10 Solver Pro Tεχνικές Microscopy: in air: AFM: Contact (Constant force, Constant height, Lateral force, Spreading Resistance, Force modulation, Dc Magnetic force, Capacitance, Piezoresponce force microscope) Semicontact (Topography, Phase contrast, Ac Magnetic force, Electrostatic force, Kelvin probe) STM: (Constant current, Constant height) in liquid: AFM (Contact, Semicontact) in electrolyte: EC-AFM (Contact,Semicontact), EC-STM (Constant current, Constant height) Spectroscopy: AFM (Force-distance, Amplitude-distance, Phase-distance, Current-Bias voltage), STM (IZ, IV) Lithography: in air: AFM (Contact force, Electrical)

11 Solver Pro Tεχνικές A. Σε χρήση AFM air and liquid: προκύπτει η τοπογραφία της υπό εξέταση επιφάνειας, μετρώντας ελκτικές και απωστικές δυνάμεις μεταξύ ακίδας και δείγματος. Χρησιμοποιείται σε αγώγιμες και μη αγώγιμες επιφάνειες. Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σήραγγος (STM): προκύπτει η τοπογραφία της υπό εξέταση επιφάνειας, χρησιμοποιώντας το ρεύμα σήραγγας το οποίο εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ της ακίδας και της επιφάνειας του δείγματος. Χρησιμοποιείται μόνο σε αγώγιμες επιφάνειες. Β. Για μελλοντική χρήση Μικροσκοπία Πλευρικής Δύναμης (LFM): γίνεται μέτρηση δυνάμεων τριβής που αναπτύσσονται μεταξύ της ακίδας και του δείγματος. Μικροσκοπία Μαγνητικής Δύναμης (MFM): γίνεται μέτρηση μαγνητικών δυνάμεων που αναπτύσσονται μεταξύ της ακίδας και του δείγματος. Προκύπτει τοπογραφία μαγνητικών περιοχών του δείγματος. Μικροσκοπία Scanning Kelvin Probe Force (SKPFM): προσφέρει τη δυνατότητα μελέτης επιφανειακών ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων, με παράλληλη συσχέτισή τους με την μορφολογία των επιφαν ειών. Ηλεκτροχημική Μικροσκοπία EC-AFM/STM: in situ μέτρηση της επιφανειακής μορφολογίας κατά την εκτέλεση ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. Λιθογραφία: γίνεται αλλαγή της τοπογραφίας «σχεδιάζοντας» στην επιφάνεια ένα σχέδιο νανοκλίμακας, χρησιμοποιώντας κατάλληλη ακίδα.

12 Λειτουργία οργάνου Βήμα 1: Ετοιμασία δείγματος 19 mm 24 mm Απαιτήσεις Δειγμάτων Επίπεδα δείγματα Καθαρά Διάμετρο: έως 15 mm Πάχος: AFM mm STM mm Βάρος: έως 100g Ύψος ανωμαλιών: έως 1.5 μm Τα δείγματα: κολλιούνται στα πλακίδια (24х19х0.5 mm) της φωτογραφίας με κολλητική ταινία διπλής όψεως. συνιστάται να κολλιούνται μία ημέρα πριν την μέτρηση.

13 Λειτουργία οργάνου Βήμα 2: Τοποθέτηση probe AFM STM

14 Λειτουργία οργάνου Βήμα 3: Eυθυγράμμιση Laser (Μόνο στο AFM) Δίοδος Οπτική μικροφωτογραφία με το laser πάνω στο cantilever

15 Xειρισμός 4: Ρύθμιση παραμέτρων στο software Aνάλογα με την τεχνική

16 Xειρισμός 5: Σάρωση Xειρισμός 6: Επεξεργασία εικόνας

Σχετικά έγγραφα

Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης. Atomic Force Microscopy AFM

Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης. Atomic Force Microscopy AFM Εισαγωγή Αρχή Λειτουργίας /Ανατομία AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Τρόποι Λειτουργίας του AFM Γεωμετρία ακίδας και Μορφολογία επιφάνειας Εφαρμογές Οπτικό μικροσκόπιο ~ 1700 1942 Ηλεκτρονική Μικροσκοπία