Исследование поверхности твердых тел методами туннельной и атомно-силовой спектроскопии

Гармаев С.С. Исследование поверхности твердых тел методами туннельной и атомно-силовой спектроскопии

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОГО  АГЕНТСТВА ПО ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Физический  факультет

Кафедра аэрофизики и газовой динамики

Гармаев Сергей Станиславович

ОТЧЕТ

О лабораторной работе

«Исследование поверхности твердых тел методами туннельной и атомно-силовой спектроскопии»

Атомный практикум,

3 курс, группа 0310

Преподаватель

__________________ Климкин В.Ф.

«___»_____________ 2013 г.

 

 

Цель работы: Освоение сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) как метода исследования поверхности

твердых тел.

Изучение принципа работы сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) и атомно-силового

микроскопа (АСМ).

Исследование поверхности образца  – тонкая пленка оксида алюминия на поверхности

проводящей подложки алюминийсодержащего сплава фекралой.

Описание  установки

Представленная работа выполняется  на воздушном мультимикроскопе СММ2000Т

(производства компания  “КПД”, Зеленоград). На базе данного прибора реализовано два метода,

относящихся к семейству  сканирующей зондовой микроскопии: сканирующая туннельная

микроскопия (режим постоянного  тока) и атомно-силовая микроскопия (контактный режим).

На Рисунке 1 приведены фотография и схема прибора.

В работе используются Pt/Ir - иглы, подготавливаемые срезанием ножницами. Pt/Ir - иглы

обладают высокой устойчивостью  к окислению, потому могут быть использованы для работы на

воздухе. В случае механического  срезания проволоки Pt/Ir - сплава формируется многоострийная

игла. Однако обычно только одно острие сильно выдается вперед. Именно оно вносит существенный вклад в туннельный ток, что позволяет получать атомарное разрешение на пиролитическом графите.

Это, в свою очередь, может  служить тестом для проверки качества подготовки зондов и

использовалось для отработки  методики подрезания игл (достижение атомарного разрешения

тестировалось на СВВ СТ - микроскопе GPI-300).

В лабораторной комнате прибор установлен на массивном виброизоляционном  столе: стальном

коробе, заполненном  песком, на который уложена мраморная  плита, не касающаяся стенок короба.

Сверху прибор закрыт стальной крышкой, изнутри обитой войлоком, обеспечивающей акустическую

изоляцию. Описанные  меры позволяют повысить разрешение прибора за счет уменьшения уровня

механических  вибраций сканирующей конструкции.

Закрепление образца  на предметном столике прибора осуществляется с помощью двух пружин,

затягиваемых  прижимаемыми винтами. Данная конструкция  не только позволяет

надежно фиксировать  образец, но и обеспечивает требуемый  электрический контакт. С обратной

стороны столика расположены кварцевые направляющие полозья, необходимые для ручного и

грубого подвода  образца к игле. При работе со столиком, необходимо проявлять повышенную

осторожность, поскольку кварц достаточно хрупок, а сохранность полозьев необходима для

прецизионной  работы прибора

 

 

Рис.1. Внешний вид прибора СММ2000Т

 

 

Рис.2. Схема конструкции прибора СММ2000Т в варианте СТМ: 1 – крышка; 2 – стопорная защелка; 3 – крышка сканера; 4 – сканер; 5 – держатель иглы; 6 – игла; 7 – образец; 8 – держатель образца; 9 – двигатель подачи столика; 10 – столик; 11 – основание; 12 – рычажок ручного подвода столика; 13 – нжка; 14 – рещиновые шарики; 15 – предусилитель;;  16 – корпус; 17 – XY-винты.

Рис.3. Предметный столик СТМ: 1 – образец; 2 – прижимные винты; 3 – кварцевые полозья; 4 – место присоединения контакта.

 

 

Результат

Мною был  исследован фрагмент DVD-диска методом СТМ. См. Приложение 1

Кафедра аэрофизики и газовой динамики. Физический факультет НГУ, 2013 г.

Новосибирск, 2013 г.