NanoEducator
модель СЗМУ-Л5
Базовый прибор для научнообразовательного процесса в области нанотехнологии
Учебное пособие
Россия, 124460, Москва, НИИФП, ЗАО “НТ-МДТ” т.: +7(095) 535-03-05 ф.: +7(095) 535-64-10 e-mail: spm@ntmdt.ru http://www.ntmdt.com
ПРОЧТИТЕ
Замечание:
Комплект поставки Вашего прибора может отличаться от описанного в данном руководстве. Обратитесь к спецификации Вашего контракта за более точной информацией.
Copyright:
Никакая часть данного руководства, ни для каких целей не может быть воспроизведена или передана в любой форме и любыми средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование и видеозапись, без письменного разрешения компании “НТ-МДТ”.
ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ
При работе с устройством для травления игл, соблюдайте правила безопасности работы с химическими реактивами.
Будьте осторожны при работе с зондом! Соблюдайте правила безопасности работы с колющими предметами.
Соблюдайте правила безопасности работы с электроприборами. Перед началом работы с прибором обеспечьте его заземление. Перед присоединением/отсоединением разъемов, выключите прибор. Отсоединение или присоединение разъемов во время работы прибора может привести к повреждению электронной схемы и выходу прибора из строя.
Не разбирайте самостоятельно никакие части прибора! Разбирать изделия разрешено только специалистам, сертифицированным компанией «НТ-МДТ».
Не подключайте к прибору дополнительные устройства без консультации со специалистами компании «НТ-МДТ».
Оберегайте прибор от сильных механических воздействий. Помните, что, что толщина стенок сканера составляет всего 0,5 мм.
Оберегайте прибор от воздействия предельных температур, попадания жидкости.
При транспортировке вкрутите транспортировочный винт на нижней части основания измерительной головки (транспортировочный винт входит в комплект поставки). Обеспечьте упаковку прибора, исключающую повреждение при транспортировке.
КОМПЛЕКТ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
Руководство пользователя
Учебное пособие
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ, СПЕКТРОСКОПИЯ И ЛИТОГРАФИЯ
Учебное пособие
В данном учебном пособии представлены лабораторные работы, посвященные изучению методов сканирующей зондовой микроскопии, включая спектроскопические измерения и процессы литографии, а также их применение для исследований и модификации микро- и наноструктур.
Учебное пособие предназначено для студентов старших курсов и магистратуры, обучающихся по специальностям:
20200 "Нанотехнология в электронике",
073800 "Наноматериалы",
200100 "Микроэлектроника и твердотельная электроника",
201900 "Микросистемная техника".
Лабораторные работы проводятся на базе сканирующего зондового микроскопа NanoEducator, разработанного специально для учебно-научных целей компанией «НТ-МДТ».
В ходе подготовки к лабораторной работе каждый студент должен понять цель работы, изучить содержание работы и основные физические закономерности используемых или исследуемых явлений. Результаты экспериментов представляются на проверку преподавателю.
К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, изучившие:
- правила техники безопасности при работе с электрическими установками до
1000 вольт,
- основные правила безопасности.
Лабораторные работы разрабатывали:
-м.н.с. А.В. Круглов, с.н.с. к.ф-м.н. Д.О. Филатов, м.н.с. Гущина Ю.Ю, к.б.н. Звонкова М.Б (Нижегородский Государственный Университет им. Н.И. Лобачевского, Научнообразовательный центр «Физика твердотельных наноструктур»).
-д.ф-м.н., проф. А.О. Голубок (Санкт-Петербургский государственный университет
информационных технологий механики и оптики), к.ф-м.н. М.Л. Фельштын, к.ф-м.н. О.М. Горбенко, с.н.с. И.Д. Сапожников.
Компания «НТ–МДТ» благодарит за целевую и финансовую поддержку Министерство Образования и Науки РФ, Фонд Поддержки Образования и Науки (Алферовский фонд) и Фонд Содействия Развитию Малых Форм Предприятий в Научно-Технической Сфере.
Оглавление
1. |
ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРВОГО СЗМ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ОБРАБОТКА И |
|
|
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА....................................................... |
7 |
2. |
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ |
|
|
СКАНИРУЮЩЕЙ ТУННЕЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ......................................................... |
32 |
3. |
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ |
|
|
АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ В НЕКОНТАКТНОМ РЕЖИМЕ ...................... |
47 |
4. |
АРТЕФАКТЫ В СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ................................. |
62 |
5. |
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ ЛИТОГРАФИЯ.................................................................. |
90 |
6. |
ОБРАБОТКА И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СЗМ ИЗОБРАЖЕНИЙ....................... |
104 |
7. |
ПРИМЕНЕНИЕ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДОВОГО МИКРОСКОПА ДЛЯ |
|
|
ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ........................................................ |
111 |
8. |
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОФЛОРЫ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ |
|
|
ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ ............................................................................................. |
143 |
|
|
Содержание |
Содержание |
|
|
1. ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРВОГО СЗМ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ОБРАБОТКА И |
|
|
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА....................................................... |
7 |
|
1.1. |
Цели работы......................................................................................................................... |
8 |
1.2. |
Информация для преподавателя........................................................................................ |
8 |
1.3. |
Содержание работы............................................................................................................. |
8 |
1.4. |
Методические указания.................................................................................................... |
30 |
1.5. |
Техника безопасности....................................................................................................... |
30 |
1.6. |
Задание............................................................................................................................... |
30 |
1.7. |
Контрольные вопросы ...................................................................................................... |
30 |
1.8. |
Литература......................................................................................................................... |
31 |
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ |
|
|
СКАНИРУЮЩЕЙ ТУННЕЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ......................................................... |
32 |
|
2.1. |
Цели работы....................................................................................................................... |
32 |
2.2. |
Информация для преподавателя...................................................................................... |
32 |
2.3. |
Содержание работы........................................................................................................... |
32 |
2.4. |
Методические указания.................................................................................................... |
42 |
2.5. |
Техника безопасности....................................................................................................... |
42 |
2.6. |
Задание............................................................................................................................... |
42 |
2.7. |
Контрольные вопросы ...................................................................................................... |
46 |
2.8. |
Литература......................................................................................................................... |
46 |
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ |
|
|
АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ В НЕКОНТАКТНОМ РЕЖИМЕ....................... |
47 |
|
3.1. |
Цели работы....................................................................................................................... |
47 |
3.2. |
Информация для преподавателя...................................................................................... |
47 |
3.3. |
Содержание работы........................................................................................................... |
47 |
3.4. |
Методические указания.................................................................................................... |
59 |
3.5. |
Техника безопасности....................................................................................................... |
59 |
3.6. |
Задание............................................................................................................................... |
59 |
3.7. |
Контрольные вопросы ...................................................................................................... |
61 |
3.8. |
Литература......................................................................................................................... |
61 |
4. АРТЕФАКТЫ В СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ................................. |
62 |
|
4.1. |
Цели работы....................................................................................................................... |
62 |
4.2. |
Информация для преподавателя...................................................................................... |
62 |
4.3. |
Содержание работы........................................................................................................... |
62 |
4.4. |
Методические указания.................................................................................................... |
84 |
4.5. |
Техника безопасности....................................................................................................... |
84 |
4.6. |
Задание............................................................................................................................... |
84 |
Содержание |
|
|
4.7. |
Контрольные вопросы...................................................................................................... |
88 |
4.8. |
Литература......................................................................................................................... |
88 |
5. СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ ЛИТОГРАФИЯ.................................................................. |
90 |
|
5.1. |
Цели работы...................................................................................................................... |
90 |
5.2. |
Информация для преподавателя...................................................................................... |
90 |
5.3. |
Содержание работы.......................................................................................................... |
90 |
5.4. |
Методические указания.................................................................................................... |
99 |
5.5. |
Техника безопасности.................................................................................................... |
100 |
5.6. |
Задание............................................................................................................................. |
100 |
5.7. |
Контрольные вопросы.................................................................................................... |
103 |
5.8. |
Литература....................................................................................................................... |
103 |
6. ОБРАБОТКА И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СЗМ ИЗОБРАЖЕНИЙ....................... |
104 |
|
6.1. |
Цель работы..................................................................................................................... |
104 |
6.2. |
Содержание работы........................................................................................................ |
104 |
6.3. |
Задание............................................................................................................................. |
107 |
6.4. |
Оборудование и принадлежности................................................................................. |
108 |
6.5. |
Методические указания.................................................................................................. |
108 |
6.6. |
Контрольные вопросы.................................................................................................... |
110 |
6.7. |
Литература....................................................................................................................... |
110 |
7. ПРИМЕНЕНИЕ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДОВОГО МИКРОСКОПА ДЛЯ |
|
|
ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ........................................................ |
111 |
|
7.1. |
Цели работы.................................................................................................................... |
111 |
7.2. |
Информация для преподавателя.................................................................................... |
112 |
7.3. |
Содержание работы........................................................................................................ |
112 |
7.4. |
Методические указания.................................................................................................. |
141 |
7.5. |
Техника безопасности.................................................................................................... |
141 |
7.6. |
Задание............................................................................................................................. |
141 |
7.7. |
Контрольные вопросы.................................................................................................... |
141 |
7.8. |
Литература....................................................................................................................... |
142 |
8. ИЗУЧЕНИЕ МИКРОФЛОРЫ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ |
|
|
ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ ............................................................................................. |
143 |
|
8.1. |
Информация для преподавателя.................................................................................... |
143 |
8.2. |
Содержание работы........................................................................................................ |
143 |
8.3. |
Методические указания.................................................................................................. |
171 |
8.4. |
Техника безопасности.................................................................................................... |
171 |
8.5. |
Задание............................................................................................................................. |
172 |
8.6. |
Контрольные вопросы.................................................................................................... |
172 |
8.7. |
Литература....................................................................................................................... |
172 |
1.ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРВОГО СЗМ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
1.ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРВОГО СЗМ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
Лабораторная работа была разработана Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий механики и оптики и Нижегородским Государственным Университетом им. Н.И. Лобачевского
Одной из важнейших задач современной физики является исследование поверхности твердых тел. Необходимость в этом возникла, с одной стороны, в связи с переходом современной технологии изготовления полупроводниковых приборов на субмикронный уровень. Поверхность чипа, а не его объем, стала играть определяющую роль при выполнении им логических функций, и при взаимодействии с другими элементами.
Поверхность и происходящие на ней явления представляют интерес и с точки зрения фундаментальной физики, поскольку атомная структура кристалла, то есть расположение и свойства его решеточных слоев вблизи поверхности совершенно иное, чем в объеме.
Традиционные методы исследования поверхности, такие как рентгеновская или ионная дифракция, дифракция медленных электронов, электронная оже-спектроскопия, позволяют получать усредненную по поверхности образца картину расположения атомов, но не дают возможности своими глазами увидеть атомную структуру. Все эти методы, работающие только в вакууме, позволяет разрешать детали нанометрового масштаба, но при этом возможно повреждение образца пучком высокоэнергетических частиц. Кроме того, они не позволяет непосредственно получать информацию о высоте поверхностных деталей.
Частично эти проблемы удалось решить с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). В начале 1980-х годов СТМ ослепляла мир первыми экспериментально полученными изображениями поверхности кремния с атомным разрешением.
Однако новые, практически неограниченные возможности открылись с изобретением атомного силового микроскопа (АСМ), с помощью которого стало возможным изучать рельеф не только проводящих, но и диэлектрических материалов. С тех пор области применения сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) значительно расширились.
В настоящее время СЗМ используется в большом многообразии дисциплин, как в фундаментальных научных исследованиях, так и прикладных высокотехнологичных разработках. Многие научно-исследовательские институты страны оснащаются аппаратурой для зондовой микроскопии. В связи с этим постоянно растет спрос на высококлассных специалистов. Для его удовлетворения фирмой НТ-МДТ (г. Зеленоград, Россия) разработана и создана специализированная учебно-научная лаборатория сканирующей зондовой микроскопии NanoEducator.
СЗМ NanoEducator специально разработана для проведения лабораторных работ студентов. Приборы ориентированы на студенческую аудиторию: они полностью управляются с помощью компьютера, имеет простой и наглядный интерфейс, анимационную поддержку, предполагают поэтапное освоение методик, отсутствие сложных настроек и недорогие расходные материалы.
В данной лабораторной работе Вы рассмотрите основы сканирующей зондовой микроскопии, изучите конструкцию и принципы работы прибора NanoEducator, а так же под присмотром преподавателя получите свое первое СЗМ изображение поверхности твердого тела и научитесь основам обработки и представления экспериментальных результатов.
7