Электронная микроскопия в исследовании различных этапов получения металлических наноструктур
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
изучаемой поверхности, большая глубина резкости, возможность наклонять образец в колонне микроскопа.
Недостатки:
К недостаткам относятся, в первую очередь, необходимость высокого вакуума для получения относительно хорошего разрешения, (поэтому мы лишаемся возможности исследования жидких или биологических объектов), необходимость покрытия (металлизации) непроводящих образцов, что неизбежно искажает их исходную природу. Кроме того, для достижения атомного разрешения обычно необходимы критические для поверхности условия, когда энергия пучка электронов достигает больших величин.
Часть этих недостатков устранены при использовании т.н.зондовой микроскопии. Правда, при этом возникают свои, специфические ограничения.
Преимущества и недостатки АСМ
Достоинства:
В сравнении с растровым электронным микроскопом атомно-силовой микроскоп обладает рядом преимуществ. Так, в отличие от РЭМ, который даёт псевдотрёхмерное изображение поверхности образца, АСМ позволяет получить истинно трёхмерный рельеф поверхности. Кроме того, непроводящая поверхность, рассматриваемая с помощью АСМ, не требует нанесения проводящего металлического покрытия, которое часто приводит к заметной деформации поверхности. Для нормальной работы РЭМ требуется вакуум, в то время как большинство режимов АСМ могут быть реализованы на воздухе или даже в жидкости. Данное обстоятельство открывает возможность изучения биомакромолекул и живых клеток.
Недостатки:
К недостатку АСМ при его сравнении с РЭМ также следует отнести небольшой размер поля сканирования. РЭМ в состоянии просканировать область поверхности размером в несколько миллиметров в латеральной плоскости с перепадом высот в несколько миллиметров в вертикальной плоскости. У АСМ максимальный перепад высот составляет несколько микрон, а максимальное поле сканирования в лучшем случае порядка 150150 микрон. Другая проблема заключается в том, что при высоком разрешении качество изображения определяется радиусом кривизны кончика зонда, что при неправильном выборе зонда приводит к появлению артефактов на получаемом изображении. Глубина резкости у РЭМ значительно выше: например, на одной и той же картине можно отчетливо видеть как основания, так и вершины наноострий.
Различаются и разрешающие способности методов: так, у РЭМ плоскостное разрешение не превышает десятка нанометров (в нашем случае 50-70 нм), в то время как разрешение АСМ на порядок выше. Вертикальное разрешение АСМ также очень высокое и составляет (при определенных условиях ) десятые-сотые доли нанометра, что значительно выше, чем у РЭМ.
Существенным недостатком АСМ является быстродействие - он не в состоянии сканировать поверхность также быстро, как это делает РЭМ. Для получения АСМ-изображения требуется от нескольких минут до нескольких часов, в то время как РЭМ после откачки способен работать практически в реальном масштабе времени хотя и с относительно невысоким качеством. Из-за низкой скорости развёртки АСМ получаемые изображения оказываются искажёнными тепловым дрейфом,что уменьшает точность измерения элементов сканируемого рельефа [26] .
В целом, можно признать, что оба метода микроскопии дополняют друг друга, и позволяют получать более полную информацию об образцах.
. Эффект Мессбауэра
Суть эффекта Мессбауэра состоит в испускании и поглощении квантов электромагнитной энергии (гамма-квантов) ядрами в твердом теле без потери энергии на отдачу. Атомное ядро, как и атом или ион, может находиться в основном состоянии, то есть состоянии с наименьшей энергией, и в возбужденных со- стояниях с более высокой энергией. Эти состояния обозначаются на диаграммах сплошными горизонтальными линиями, по вертикали откладываются значения энергии. (рис. 11),
Рис. 11. Основные и возбужденные состояния атомного ядра, со значениями энергий.
Энергия основного состояния при этом принимается равной нулю. Энергия первого возбужденного состояния различна у разных ядер и может составлять десятки килоэлектронвольт.
В возбужденном состоянии ядро может оказаться либо в результате поглощения гамма-кванта, энергия которого n равна разности энергий между возбужденным и основным состояниями ядра, либо в результате радиоактивного распада. В первом случае происходит поглощение гамма-кванта, во втором - при переходе ядра из возбужденного состояния в основное - происходит его испускание. Если ядра, испускающие или поглощающие гамма-кванты, находятся в состоянии теплового движения (жидкость, газ), то при этом в соответствии с законами сохранения энергии и импульса энергия гамма-квантов будет определяться и состоянием движения ядер. Поскольку скорости движения ядер в газе или жидкости могут быть различными, то и энергии гамма-квантов будут составлять некоторый набор энергий, в результате чего линия поглощения (излучения) окажется широкой. При излучении гамма-кванта ядра, сравнительно жестко закрепленные в узлах кристаллической решетки твердого тела, должны испускать (поглощать) кванты практически одной и той же энергии. При этом линия излучения (поглощения) становится очень узкой, ее ширина в отдельных измерениях при низких температурах становится практически равной естественной ширине линии. Поэтому эффект Мёссбауэра определяют как поглощение (излучение) гамма-квантов атомными ядрами без потери энергии на отдачу (о?/p>