Методическое пособие 98

1. Краткая история и перспективы развития нанотехнологий

Область науки и техники, именуемая нанотехнологией, как и соответствующая терминология, появились сравнительно недавно. Однако её перспективы настолько грандиозны для нашей цивилизации, что необходимо широкое распространение основных идей нанотехнологии. В самом названии нанотехнология мы видим два существенных термина - "нано" и "технология". Определимся сначала со вторым понятием.

Энциклопедический словарь определяет технологию (от греч. "techne" -"искусство", "мастерство", "умение" + "logos" - "наука") как совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния (свойств, формы) первоначального сырья в процессе производства конечной продукции. Задача технологии - использование законов природы на благо человека. Существуют "технологии машиностроения", "технологии химической очистки воды", "информационные технологии" и т.д. Видно, что технологии в основе своей различаются природой первоначального материала. Именно значительная разница между такими видами сырья, как металлические конструкции и информации, определяет и существенные различия способов их обработки и преобразования.

Приставка нано (от греч. "nannos" - "карлик") означает одну миллиардную (10-9) долю какой-либо единицы (в нашем случае - метра). Атомы и мельчайшие молекулы имеют размер порядка 1 нанометра. Современные микросхемы, с размерами компонентов в одну десятую толщины тончайшего волоса могут считаться маленькими в стандартах тесальщиков кремня, но каждый транзистор все еще содержит триллионы атомов, и микрочипы все еще видимы невооружённым глазом.

Таким образом, нанотехнология – это совокупность методов производства продуктов с заданной атомарной структурой путем манипулирования атомами и молекулами.

История развития нанотехнологий уходит в древние века. Так, дедушкой нанотехнологий можно считать греческого фи-

лософа Демокрита. 2400 лет назад он впервые использовал слово "атом" для описания самой малой частицы вещества.

В1905 году знаменитый швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр, а в 1931 году немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил экспериментально исследовать нанообъекты.

В1959 году американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, где оценивались перспективы миниатюризации. Основные положения нанотехнологий были намечены

вего легендарной лекции "Там внизу - много места" ("There's Plenty of Room at the Bottom"), произнесенной им в Калифор-

нийском технологическом Институте. Фейнман научно доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов. Тогда его слова казались фантастикой только лишь по одной причине: еще не существовало технологии, позволяющей оперировать отдельными атомами (то есть опознать атом, взять его и поставить на другое место).

Чтобы стимулировать интерес к этой области Фейнман назначил приз в $1000 тому, кто впервые запишет страницу из книги на булавочной головке, что, кстати, осуществилось уже в 1964 году. А в 1968 году Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанообработки поверхностей. В 1974 году японский физик Норио Таншучи ввел в научный оборот слово "нанотехника", предложив называть так механизмы размером менее 1 микрона. И в 1981 году германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп - прибор, позволяющий осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне, за который уже через четыре года получили Нобелевскую премию.

В1985 году американские физики Роберт Керл, Хэролъд Крото и Ричард Смолли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром в один нанометр, а год

спустя был создан атомно-силовой микроскоп, позволяющий, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.

С 1986 года нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказал, что нанотехнология очень скоро начнет активно развиваться. И уже в 1998 году Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона, а голландский физик Сеез Деккер создал нанотранзистор.

21 век можно считать годами интенсивного развития и применения нанотехнологий. Уже в 2000 году администрация США объявила "Национальную нанотехнологическую инициа-

тиву" (National Nanotechnology Initiative). Тогда из федерально-

го бюджета США было выделено $500 млн. В 2002 сумма ассигнований была увеличена до $604 млн. На 2003 год "Инициатива" запросила $710 млн, а в 2004 году правительство США приняло решение увеличить финансирование научных исследований в этой области до $3,7 млрд. в течение четырех лет. В целом, мировые инвестиции в нанотехнологии в 2004 году составили около $12 млрд. В последние годы и Россия привлекает солидные средства и ресурсы для развития нанотехнологий.

Стремительное развитие нанотехнологий вызвано не только научным интересов, но и потребностями общества в быстрой переработке огромных массивов информации. Современные кремниевые чипы могут при всевозможных технических ухищрениях уменьшаться ещё примерно до 2018 года. Но при ширине дорожки в 40-50 нанометров возрастают квантовомеханические помехи: электроны начнут пробивать переходы в транзисторах за счет туннельного эффекта, что равнозначно короткому замыканию. Выходом могли бы послужить наночипы, в которых вместо кремния используются различные углеродные соединения размером в несколько нанометров. В настоящее время ведутся самые интенсивные разработки в этом направлении.

Всякая технология, будь то обработка материала на макро,

микро или наноуровне, не может обходиться без средств измерения соответствующих величин. Среди многообразия измерительных приборов, существуют специальные приборы для измерения как больших, так и малых расстояний. Так, малые расстояния вплоть до миллиметрового (10-3 м) порядка легко измеряются с помощью обычной линейки. Ею можно измерить, например, толщину куска плотного картона. Не так уж трудно измерить толщину тонкого листа бумаги, если таких листов много. Сложив в стопку сто листов, возьмите линейку и разделите получившуюся величину на 100. В результате такого измерения мы получаем толщину одного листа, исходя из того, что все листы совершенно одинаковые.

Однако для меньших размеров линейка уже не годится. Если попытаться измерить с ее помощью толщину волоса, то единственное, что можно будет сказать - это то, что волос очень тонкий, а это очевидно и без измерений. Поэтому, чтобы идти дальше в сторону еще меньших расстояний, необходимы увеличительные приборы, из которых всем наиболее знаком обычный оптический микроскоп.

Однако оптический микроскоп, позволяет видеть мелкие детали, величиной до 0,25 мкм. Дальнейшие способы улучшения микроскопа, работающего на принципах оптики, привели к созданию его электронного варианта, с помощью которого удается наблюдать предметы с размерами порядка нанометра. Электронный микроскоп позволяет различать даже атомные решетки, но вот обнаружить в них точечные дефекты он уже не может. А ведь для целей нанотехнологии нужно хорошо визуализировать отдельные атомы! Поэтому когда все возможности данного устройства были исчерпаны, ученые принялись искать новые пути решения поставленной задачи. И вот в начале XX века появилась оригинальная идея изучать вещество, не увеличивая визуально исследуемую площадь его поверхности, а как бы трогая её. Здесь пригодился открытый к тому времени туннельный эффект, на основе которого в 1981 году был создан первый сканирующий туннельный микроскоп (СТМ).

Туннельный эффект является принципиально квантово-

механическим эффектом, не имеющим аналога в классической физике и потому представляет огромный интерес для исследователей. Он основан на корпускулярно-волновом дуализме - двойственной природе элементарных частиц. С точки зрения классической механики очевидно, что никакое материальное тело, имеющее энергию Е, не может преодолеть потенциальный барьер высотой V0 , если V0>E. Например, если принять за материальное тело мяч, а за потенциальный барьер - очень высокий бетонный забор, то понятно, что если кинуть мяч в сторону забора недостаточно высоко - так, что его энергии не хватит на перелет стоящего перед ним барьера, то он, ударившись о преграду, отскочит назад.

Однако если в качестве материального тела рассмотреть электрон, то оказывается, что даже если высота потенциального барьера выше, чем собственная энергия электрона, то он с определенной вероятностью может оказаться с другой стороны барьера, лишь незначительно изменив свою энергию, как если бы в "заборе" оказалась некая "дырка" или туннель. Это необъяснимое, на первый взгляд, туннелирование является следствием того, что электрону присущи как корпускулярные, так и волновые свойства. Будь электрон классической частицей, обладающей энергией Е, он, встретив на своем пути преграду, требующую для преодоления большей энергии, должен был бы отразиться от этой преграды. Однако будучи одновременно и волной, он проходит сквозь эту преграду, подобно тому, как рентгеновские волны свободно проходят сквозь материальные объекты.

Взяв два проводящих вещества, расположив их на расстоянии 0,5 нм друг от друга и приложив к ним сравнительно малую разность потенциалов (0,1 - 1 В), то между ними возникнет электрический ток, обусловленный туннельным эффектом, который называется туннельным током. Если повторить тот же опыт, но к поверхности интересующего тела поднести острый предмет, например, очень тонкую иглу с кончиком в атом толщиной, то, проводя ею над изучаемым объектом (сканируя его поверхность) можно получать информацию о строении объекта

на атомном уровне.

В 1981 году сотрудники компании IBM Г. Бининг и Г. Рорер на основе этого явления построили первый сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и в 1982 г., с его помощью впервые в истории получили изображение поверхности золота, а затем и кремния с атомарным разрешением. За это открытие в 1985 году ученые были удостоены Нобелевской премии, а дальнейшее развитие сканирующей микроскопии привело к бурному развитию нанотехнологий. Рабочим органом СТМ - зондом - служит токопроводящая металлическая игла. Зонд подводится к изучаемой поверхности на очень близкое расстояние (~ 0,5 нм) и, при подаче на зонд постоянного напряжения, между ними возникает туннельный ток, который экспоненциально зависит от расстояния между зондом и образцом. Это значит, что при увеличении расстояния лишь на 0,1 нм туннельный ток уменьшается почти в 10 раз! Именно это и обеспечивает высокую разрешающую способность микроскопа, поскольку незначительные изменения по высоте рельефа поверхности вызывают существенное изменение туннельного тока.

Поддерживая ток и расстояние постоянным при помощи следящей системы, зонд сканирует поверхность, перемещаясь над нею по осям X и У, то опускаясь, то поднимаясь в зависимости от ее рельефа. Информация об этом перемещении отслеживается компьютером, и программно визуализируется, чтобы исследователь мог увидеть на экране объект с нужным разрешением.

Но прогресс не стоит на месте, и в 1986 г в лаборатории цюрихского отделения IBM были созданы микроскопы следующего поколения - атомно-силовые (ACM). ACM тоже позволяет исследовать поверхности с атомной точностью, но уже вовсе не обязательно электропроводящие. Сегодня именно этот микроскоп представляет наибольший интерес для исследователей. Принцип действия атомно-силового и туннельного микроскопов практически одинаковы, только в отличие от туннельного, атомно-силовой микроскоп основан на использовании сил межатомных связей. На малых расстояниях (около 0,1

нм) между атомами двух тел действуют силы отталкивания, а на больших - силы притяжения. В сканирующем атомносиловом микроскопе такими телами служат исследуемая поверхность и скользящее над нею острие. В качестве зонда в АСМ обычно используется алмазная или кремниевая игла. При изменении силы F, действующей между поверхностью и острием, пружинка, на которой оно закреплено, отклоняется, и это регистрируется датчиком. Величина отклонения упругого элемента (пружинки) несет информацию о рельефе поверхности.

Силы Ван-дер-Ваальса используют и для других практических применений нанотехнологий. Так сотрудники американской компании iRobot сконструировали робота, который может передвигаться вертикально по стенкам аквариума. В дальнейшем планируется снабдить его искусственными волосками и увеличить прижимающую силу. Если эксперименты по созданию ящерицеподобных роботов будут успешными, эти механизмы можно будет использовать в самых разных областях - от мытья окон в высотных зданиях до путешествий по пыльным тропинкам далеких планет.

Можно положить данный принцип в основу изготовления липкой ленты, подобной скотчу, которую можно использовать повторно и даже в вакууме (обычный скотч в космосе не работает). Ведутся разработки нового поколения так называемых "сухих клеев" с широким диапазоном характеристик, которою будут обеспечивать высокую адгезию (липучесть) на основе электростатики. Можно изготовить обувь и перчатки, прочно удерживающие человека на вертикальной стене. Они облегчили бы жизнь не только альпинистам, монтажникам-скалолазам, но и всем остальным людям.

Благодаря прорыву в области производства микроскопов, современные ученые могут манипулировать атомами и располагать их так, как им заблагорассудится. Такого еще не было за всю историю развития человечества! Идеальная техническая система — это система, масса, габариты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. Предельный случай идеализации техни-

ки заключается в уменьшении её размеров, (вплоть до полного "исчезновении") при одновременном увеличении количества выполняемых ею функций. В идеале - технического устройства не должно быть видно, а функции, нужные человеку и обществу должны выполняться. Закон увеличения степени идеальности гласит: развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

На практике хорошей иллюстрацией этого закона может служить постоянное стремление производителей микроэлектроники и бытовой техники к миниатюризации, созданию устройств всё меньших размеров, со все большими функциональными возможностями. Взять, например, те же сотовые телефоны или ноутбуки: размер все уменьшается, в то время как функциональность только растет.

Нанотехнология станет основой новой промышленной революции, которая приведет к созданию устройств в 100 раз более прочных, чем сталь и не уступающих по сложности человеческим клеткам. Уже создаются и будут создаваться устройства, основанные на новейших материалах с необычными свойствами. Благодаря обработке на атомарном уровне, привычные материалы будут обладать улучшенными свойствами, постепенно становясь все легче, прочнее и меньше по объему. Согласно прогнозу большинства ученых, это произойдет уже через 10-15 лет.

Основной проблемой в наноиндустрии на сегодняшний день является управляемый механосинтез, т.е. составление молекул из атомов с помощью механического приближения до тех пор, пока не вступят в действие соответствующие химические связи. Для обеспечения механосинтеза необходим наноманипулятор, способный захватывать отдельные атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм. Наноманипулятор должен управляться либо макрокомпьютером, либо нанокомпьютером, встроенным в робота-сборщика (ассемблера), управляющего манипулятором. На сегодня подобные манипуляторы не существуют. Зондовая микроскопия, с помощью которой в настоящее время производят перемещение от-

дельных молекул и атомов, ограничена в диапазоне действия, и сама процедура сборки объектов из молекул из-за наличия интерфейса «человек – компьютер – манипулятор» не может быть автоматизирована на наноуровне.

Институтом Молекулярного Производства (IMM) разработан предварительный дизайн наноманипулятора с атомарной точностью. За изготовление такого устройства назначена премия только из фонда IMM в размере $250000. Как только будет получена система «нанокомпьютер – наноманипулятор» (эксперты прогнозируют это в 2015-2020 гг.), можно будет программно произвести еще один такой же комплекс – он соберет свой аналог по заданной программе, без непосредственного вмешательства человека. Такая «самосборка» называется репликацией, а репликатор - ассемблером. Бактерии, используя репликативные свойства ДНК, способны развиваться за считанные часы от нескольких особей до миллионов. Таким образом, получение ассемблеров в массовом масштабе не потребует никаких затрат со стороны, кроме обеспечения их энергией и сырьем.

На основе системы «нанокомпьютер – наноманипулятор» можно будет организовать сборочные автоматизированные комплексы, способные собирать любые макроскопические объекты по заранее снятой либо разработанной трехмерной сетке расположения атомов. Компания Xerox в настоящее время ведет интенсивные исследования в области нанотехнологий, что наводит на мысль о ее стремлении создать в будущем дубликаторы материи. Комплекс роботов (дизассемблеров) будет разбирать на атомы исходный объект, а другой комплекс (ассемблеры) будет создавать копию, идентичную, вплоть до отдельных атомов, оригиналу (эксперты прогнозируют это в 20202030 гг). Это позволит упразднить имеющийся в настоящее время комплекс фабрик, производящих продукцию с помощью «объемной» технологии, достаточно будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт – и он будет собран и размножен сборочным комплексом. Благодаря репликации можно будет наделять отдельные продукты этим свой-

ством, например, нанороботов.

Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, любых строений в мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это в 2050 гг.). Возможность самосборки может привести к решению глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и энергии. Благодаря нанотехнологиям существенно изменится конструирование машин и механизмов – многие части упростятся вследствие новых технологий сборки, многие станут ненужными. Это позволит конструировать машины и механизмы, ранее недоступные человеку из-за отсутствия технологий сборки и конструирования. Эти механизмы будут состоять, по сути дела, из одной очень сложной детали.

С помощью механоэлектрических нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Утилизация отходов и глобальный контроль за системами типа «recycling» позволит существенно увеличить сырьевые запасы человечества. Станут возможными глобальный экологический контроль, погодный контроль благодаря системе взаимодействующих нанороботов, работающих синхронно.

Биотехнологии и компьютерная техника, вероятно, получат большее развитие благодаря нанотехнологиям. С развитием наномедицинских роботов станет возможным отдаление человеческой смерти на неопределенный срок. Также не будет проблем с перестройкой человеческого тела для качественного увеличения естественных способностей. Возможно также обеспечение организма энергией, независимо от того, употреблялось что-либо в пищу или нет. Компьютерная техника трансформируется в единую глобальную информационную сеть огромной производительности, причем каждый человек будет иметь возможность быть терминалом – через непосредственный доступ к головному мозгу и органам чувств.

Область материаловедения существенно изменится – по-

явятся т.н. «умные» материалы, способные к мультимедиаобщению с пользователем. Также появятся материалы сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие (на основе алмазоида). Что касается сырьевой проблемы, то для постройки большинства объектов нанороботы будут использовать несколько самых распространенных типов атомов: углерод, водород, кремний, азот, кислород, сера, и др. в меньшем количестве. С освоением человечеством других планет проблема сырьевого снабжения будет решена.

Таким образом, на основании прогнозов, нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. Как сказал Ralph Merkle, (Xerox, Palo Alto) «Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией».

На сегодняшний день можно сказать, что возможности использования нанотехнологий неисчерпаемы.

2. Вопросы для практических занятий

Часть 1. Фундаментальные основы изучения наноструктурированных материалов

I. Вопросы к занятиям по теме «Общие сведения о наноструктурах»

1.Причины выделения нанотехнологий в одно из приоритетных направлений исследований.

2.Назовите критерии принадлежности объекта исследований к наноструктурам.

3.Укажите место наноструктурированных объектов в про- странственно-временной плоскости характерных размеров.

4.Какие фундаментальные дисциплины лежат в основе развития нанотехнологий?

5.В чем отличие двух диаметрально-противоположных подходов получения наноструктурированных материалов : «сверху в низ» и «снизу-вверх»?

6.В чем заключается закон Мура в развитии полупроводниковой электроники?

7.Укажите размерность объектов наноструктурированных материалов и приведите конкретные примеры таких систем.

8.Какова динамика капиталовложений в развитие нано-

технологий и их отдача:

1)- динамика роста патентов;

2)- динамика роста рынков.

9.Приведите примерное распределение рынка нанопродукции между отдельными отраслями.

II. Вопросы к занятиям по теме «Физические основы нанотехнологий»

1. Какова роль свободных и внутренних поверхностей на изменение свойств объемных материалов:

1.1.Чем, атомы твердого тела, находящиеся на поверхности, отличаются от внутренних атомов?

1.2.Дайте определение приповерхностных состояний в полупроводниках.

1.3.Назовите типы связей в твердых телах.

1.4.Каковы основные механизмы кристаллизации твердых тел из газовой, жидкой или твердой фаз?

1.5.При каких условиях кристаллизации возникают аморфная, нанокристаллическая, поликристаллическая или монокристаллическая структура.

1.6.Какая плотность дислокаций характерна для монокристаллической, поликристаллической, нанокристаллической или аморфной структур.

1.7.Каким образом можно стабилизировать нанокристаллическую структуру?

1.8.Каковы отличия ферромагнитного и суперпарамагнитного состояний в нанокомпозитах ферро-

магнетик-диэлектрик и каковы условия их возникновения?

1.9.При каких размерах ферромагнитной частицы в ней пропадает ферромагнетизм?

1.10.Приведите формулу Холла-Петча и условия ее справедливости.

1.11.Как изменяется температура плавления твердых тел от размеров частиц?

2.Какова роль квантово-размерных эффектов в наноструктурированных материалах:

2.1.Как изменяются физические свойства наночастиц от числа атомов?

2.2.Дайте классификацию размерных эффектов.

2.3.Дайте определение квантовых, ям, проволок, точек.

2.4.Приведите примеры влияния размерного эффекта на физические свойства различных твердых тел.

2.5.Опишите технологию получения и принципы действия устройств на квантовых точках.

2.6.Дайте определение спин-вентильного и спинтуннельного эффектов и приведите примеры их реализации в различных устройствах магнитоэлектроники.

3.Дайте характеристику атомным процессам на поверхности:

3.1.Адсорбция/десорбция.

3.2.Поверхностная диффузия.

3.3.Модификация поверхности.

3.4.Осаждение тонких пленок на поверхность.

Часть 2. Основы нанометрологии

III. Вопросы к занятиям по теме «Задачи и особенности наномасштабных измерений»

1.Назовите основные направления метрологии.

2.Дайте характеристику прямых и обратных задач косвенных аналитических методов.

3.Перечислите основные цели экспериментальных методов исследования наноструктурированных материалов.

4.Назовите основные задачи микроструктурного анализа.

5.Перечислите основные методы исследования наноструктур.

IV. Вопросы к занятиям по теме «Методы исследования, анализа и аттестации наноструктур»

1.Приведите основные методы анализа, исследования микроструктуры и связанных с ней макросвойств.

2.Укажите физические основы микроструктурного анализа.

3.Дайте характеристику применения оптической микроскопии к исследованию наноструктур:

3.1.Какова разрешающая способность оптической микроскопии.

3.2.Охарактеризуйте принцип работы конфокального микроскопа.

3.3.Дайте характеристику флуоресцентной микроскопии.

3.4.Перечислите задачи оптического спектрального анализа.

3.5.Охарактеризуйте основные типы спектральных приборов и назовите их основные узлы.

3.6.Опишите принцип действия двухлучевого спектрометра.

3.7.Как определить ширину запрещенной зоны и характер межзонных переходов в полупроводниках?

3.8.Как определить энергию фононов из спектра фундаментального поглощения?

3.9.В чем различие спектров примесного поглощения на мелких и глубоких уровнях?

3.10.Назовите основные разновидности оптической спектроскопии и их применение для анализа наноструктур.

4.Дайте характеристику применения просвечивающей и растровой электронной микроскопии к исследованию наноструктур:

4.1.Каковы задачи электронно-микроскопического анализа.

4.2.Назовите масштабные уровни микро- и наноструктур.

4.3.Назовите основные узлы просвечивающего электронного микроскопа.

4.4.Назовите принципы формирования контраста в электронно-микроскопическом изображении.

4.5.Каково пространственное разрешение ПЭМ и ПЭМ высокого разрешения?

4.6.Каким образом регистрируют электронномикроскопическое изображение и дифракционную картину?

4.7.В чем различие светлопольного и темнопольного изображения в ПЭМ?

4.8.Какие образцы применяют в электронномикроскопических исследованиях и как их получают?

4.9.Назовите особенности применения электронографии к исследованию наноструктур.

4.10.Перечислите основные узлы растрового электронного микроскопа.

4.11.Каковы дополнительные возможности растровой электронной микроскопии используют при изучении наноструктурированных материалов?

5.Применение дифракционного анализа к исследованию наноструктур:

5.1.Приведите основное уравнение дифракции рентгеновских лучей.

5.2.Назовите спектры рентгеновских лучей, применяемых в дифракционном анализе.

5.3.В чем различие между рентгеновской камерой и дифрактометром?

5.4.Классифицируйте методы рентгеноструктурного анализа.

5.5.Опишите метод Лауэ для исследования структуры кристаллов.

5.6.Опишите метод поликристалла (метод ДебаяШеррера).

5.7.Опишите метод малоуглового рассеяния.

5.8.Приведите схемы генерации интенсивного рентгеновского излучения в синхротроне и ондуляторе.

5.9.Перечислите характеристики, позволяющие установить с помощью рентгеноструктурного анализа.

5.10.Назовите особенности электронографии и нейтронографии, отличающие их от рентгенографии.

6.Применение спектральных методов к исследованию наноструктур:

6.1.Охарактеризуйте другие методы спектроскопии:

1)- рентгеновскую;

2)- месбауэровскую;

3)- фотоэлектронную;

4)- спектроскопия ЯМР;

5)- спектроскопия ЭПР.

6.2.Дайте характеристику применения рамановской спектроскопии для анализа наноструктур.

6.3.Дайте характеристику применение ожеспектроскопии для анализа наноструктур:

6.3.1. Поясните сущность эффекта Оже. ЭОС как метод элементного анализа.

6.3.2. Почему в атомах Н и Не Оже-электроны возникать не могут?

6.3.3. Какова глубина выхода Оже-электронов? 6.3.4. Чем обусловлена тонкая структура Оже-

спектров?

6.3.5. В чем заключаются особенности метода Ожеспектроскопии в сравнении с другими методами спектроскопии, используемые для диагностики состава полупроводников?

6.3.6. Чем обусловлен химический сдвиг в кинетической энергии Оже-электрона?