методичка по лабам

•полуконтактный (АСМ);

•распределения фазового сдвига (АСМ + фаза);

•распределениеотклоненияамплитудыколебанийзонда(АСМ+ ошибкаОС).

11.Провести фильтрацию (сглаживание, повышение резкости) и обработку изображений, построить необходимые сечения.

12.Выполнить сопоставление получаемых изображений поверхности при различных режимах АСМ.

13.Подготовить отчет о проделанной работе в соответствии с требованиями раздела 6.14.

Контрольные вопросы:

1.Какие методы проведения АСМ Вы знаете? В чем их различие?

2.Какие характеристики поверхности можно исследовать методами фазового сдвига и отклонения амплитуды колебаний зонда?

3.Определите основные источники артефактов в СЗМ.

4.Каковы методы очистки изображений от дефектов сканирования?

6.14 Оформление результатов работы

Результаты работы оформляются в текстовом редакторе Microsoft Word и должны включать:

•название и цель работы,

•приборы и материалы,

•описание хода работы,

•сведения об исследованных образцах,

•внедренные изображения поверхности образца,

•описание строения поверхности исследованного образца,

•выводы по работе.

Литература

1.Бинниг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения

кюности.// Успехи физических наук.- 1988.- Т.154, № 2.- С.261-278.

2.Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии.- М.: Техносфера, 2005.- 144 с.

3.Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике.- Изд. 2-е, испр. и доп.- М.: Техносфера, 2006.- 160 с.

4.Беляков А.В., Жариков Е.В., Малыгин А.А. Химические основы нанотехнологии твердофазных материалов различного функционального назначения: Учебн. пособие./ СПбГТИ(ТУ).- СПб.: ИК «Синтез», 2006.- 102 с.

5.Таруи Я. Основы технологии СБИС: Пер. с япон.- М.: Радио и связь, 1985.- 480 с.

6.Сканирующийзондовыймикроскоп NanoEducator. Руководствопользователя.

7.www.ntmdt.ru

61

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 Основы сканирующей зондовой микроскопии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1 Сканирующая туннельная микроскопия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 Атомно-силовая микроскопия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.1 Контактный режим . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.2 Бесконтактный режим. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.3 Полуконтактный режим . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2 Зондовая нанолитография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1 СТМ нанолитография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2 Нанолитография на основе АСМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.1 Контактная силовая нанолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.2 Анодно-окислительная нанолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.3 Перьевая нанолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.4 Локальная зарядка поверхности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3 Конструкция сканирующего зондового микроскопа . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.1 Датчики зондового микроскопа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2 Пьезоэлектрический сканер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.3 Система обратной связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.4 Артефакты СЗМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.4.1 Артефакты пьезокерамики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.4.2. Артефакты конструкции сканеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.4.3 Влияние геометрии зонда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4 Управление сканирующим зондовым микроскопом NanoEducator. . . . . . . 24 4.1 Подготовка СЗМ NanoEducator к работе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.2 Подготовка СЗМ к проведению измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.3 Сканирование поверхности образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.4 Осуществление динамической силовой нанолитографии. . . . . . . . . . . 33 4.5 Сохранение результатов работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.6 Завершение работы прибора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.7 Подготовка зондов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5 Обработка и анализ изображений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.1 Управление программой и ее интерфейс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.2 Загрузка и сохранение данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.3 Фильтрация изображений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 5.4 Обработка и анализ изображений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5.4.1 Преобразования изображений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.4.2 Построение сечений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.4.3 Статистическая обработка изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 5.4.4 Вычитание поверхностей и полиномов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 5.4.5 Фурье анализ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

62

6 Лабораторные работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 6.1 Лабораторная работа № 1 "Подготовка прибора NanoEducator к работе.

Изучение морфологии поверхности стандартного образца методами СЗМ" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6.2 Лабораторнаяработа№2 "Влияниеформыостриязонданаизображение поверхности" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

6.3 Лабораторнаяработа№3 "Анализиобработкаизображений, полученных при исследовании материалов методами АСМ". . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

6.4 Лабораторнаяработа№4 "Изучениевозможностей различныхрежимов АСМ". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

6.5Лабораторная работа № 5 "АСМ исследование объектов электронной промышленности (кремниевые пластины с разным рельефом, CD и

DVD диски)". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.6Лабораторная работа № 6. "Исследование морфологии поверхности кремниевой пластины на разных стадиях механической обработки" . 52

6.7 Лабораторная работа № 7 "Зондовая нанолитография" . . . . . . . . . . . . 53 6.8 Лабораторная работа № 8 "Исследование биологических объектов

методом атомно-силовой микроскопии" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 6.9 Лабораторная работа № 9 "Визуализация поверхности полимерных

пленок до и после химического модифицирования" . . . . . . . . . . . . . . 56 6.10 Лабораторная работа № 10 "Исследование волокнистых материалов

до и после нанесения функциональных нанопокрытий" . . . . . . . . . . 57 6.11 Лабораторная работа № 11 "Возможности АСМ при исследовании

ультрадисперсных порошков". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 6.12 Лабораторная работа № 12 "Применение АСМ для оценки размеров

каналов и исследования морфологии поверхности пористых материалов" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.13 Лабораторная работа № 13 "Исследование поверхности композиционного материала с диспергированным наполнителем" . 60

6.14 Оформление результатов работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

63