Исследование наноструктурированной поверхности на АСМ Solver HV
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ВВЕДЕНИЕ
Целью курсовой работы является изучение принципов сканирующей зондовой микроскопии, получение навыков работы на АСМ SOLVERHV.
Преимущество АСМ SOLVER HV состоит в том, что система позволяет проводить параллельно с изучением топографии поверхности исследуемого образца физические, магнитные, электрические и электростатические характеристики наноструктурированной поверхности.
В первую очередь наноструктурированные поверхности используются в качестве подложек для создания различных пленочных покрытий, свойства которых зависят от рельефа поверхности. В связи с этим основными задачами являются исследование рельефа наноструктурированных поверхностей, а также изучение взаимосвязи рельефа пленочных покрытий с рельефом подложек. Благодаря высокому пространственному разрешению основным инструментом для изучения рельефа поверхности в нанометровом масштабе на сегодняшний день является атомно-силовая микроскопия (АСМ).
Однако при использовании этого метода при исследовании наноструктурированных поверхностей возникает ряд проблем, связанных с низкой развитостью их рельефа и необходимостью учета малых аппаратных искажений метода АСМ. Требуется развитие методов описания статистических свойств нанорельефа, так как наиболее распространенные параметры шероховатости сверхгладких поверхностей не используют в полной мере данные АСМ. При изучении диэлектрических материалов актуальной задачей является изучение влияния статического заряда поверхности на получаемые АСМ - изображения.
Таким образом, развитие метода АСМ при исследовании наноструктурированных поверхностей и пленочных покрытий является актуальной задачей.
ГЛАВА 1. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
.1 Наноструктурированные поверхности
Основными типами наноструктурированных материалов по размерности структурных элементов, из которых они состоят, являются нульмерные (0D), одномерные (1D), двумерные (2D) и трехмерные (3D) наноматериалы. К нульмерным наноматериалам относятся нанокластерные материалы и нанодисперсии, т. е. материалы, в которых наночастицы изолированы друг от друга. Одномерные наноматериалы - нановолоконные (нанопрутковые) и нанотубулярные материалы с длиной волокон (прутков, трубок) от 100 нм до десятков микрометров. К двумерным наноматериалам относятся пленки (покрытия) нанометровой толщины. Структурные элементы в 0D, 1D и 2D наноматериалах могут быть распределены в жидкой или твердой макроскопической матрице или находиться на подложке. К трехмерным наноматериалам относят порошки, волоконные, многослойные и поликристаллические материалы, в которых 0D, 1D и 2D структурные элементы плотно прилегают друг к другу, образуя между собой поверхности раздела - интерфейсы. Важным типом трехмерного наноструктурированного материала является компактный или консолидированный поликристалл с зернами нанометрового размера, весь объем которого заполнен нанозернами, свободная поверхность зерен практически отсутствует, и имеются только границы раздела зерен - интерфейсы. Образование интерфейсов и исчезновение поверхности наночастиц (нанозерен) - принципиальное отличие трехмерных компактных наноматериалов от нанокристаллических порошков разной степени агломерации, состоящих из частиц такого же размера, как и компактный наноструктурированный материал.
Рисунок 1 - Типы нанокристаллических материалов по размерности структурных элементов: 0D (нульмерные) кластеры; 1D (одномерные) нанотрубки, волокна и прутки; 2D (двумерные) пленки и слои; 3D (трехмерные) поликристаллы
1.2 Классификация методов исследования наноструктурированных поверхностей
Физические методы, наиболее часто используемые в настоящее время для исследования наноструктур и поверхности твердого тела, представлены в табл. 1. В основу данной таблицы положена группировка методов по способу внешнего воздействия на исследуемый объект и по типу регистрируемого ответного сигнала. Внизу таблицы дана расшифровка сокращенных названий перечисленных в ней методов.
Разные методы позволяют получить различную информацию об исследуемом объекте. Как правило, при анализе наноструктур и поверхности твердого тела наиболее важной является информация об их атомной структуре, элементном составе и электронных свойствах.
Таблица 1 - Основные физические методы исследования наноструктур и поверхности, сгруппированные по типам воздействия на исследуемый объект и регистрируемого сигнала, hv - электромагнитное излучение, е-, N+- - пучки ускоренных электронов и ионов. Т-температура
Регистрируемый сигналВоздействие на ииследуемый объектh?e-NПрочееh?РСА, РЭС, РАСРФЭС, УФЭС, ФЭС, РОЭСe-РСМА, ИФЭСОЭС, ДМЭ, РЭМNИНССРМИ, СРБИ, ОРР, ВИМСТ, поле, прочееСТМ, СТСПИМ, ТПДАСМ, МСМ
Так, метод ДМЭ (дифракция медленных электронов) позволяет определить структуру кристаллической решетки образца, РЭМ (растровая электронная микроскопия) используется для исследования морфологии объектов с размерами >10 нм, а СТМ (сканирующая туннельная микроскопия) и АСМ (атомно-силовая микроскопия) позволяют наблюдать отдельные атомы на поверхности твердого тела. Кроме того, некоторые методы предъявляют определенные требования к исследуемым образцам. Например, методы СТМ (сканирующая туннельная микроскопия), СТС (сканирующая туннельная спектроскопия) применимы только для проводящих образцов, МСМ (магнитно-силовая микроскопия) - для исследования магнитных м