Зондовая микроскопия наноструктур Шкала размеров

Зондовая микроскопия наноструктур

Шкала размеров

1 nm=10 -9 m=10 A • СЗМ – сканирующий(ая) зондовый(ая) микроскоп(ия) • СТМ - сканирующий туннельный микроскоп • АСМ – атомно-силовой микроскоп • МСМ – магнитно-силовой микроскоп • ЭСМ – электросиловой микроскоп • БОМ – ближнепольный оптический микроскоп

Heinrich Rohrer (1933 г. , Швейцария) Gerd K. Binnig (1947 г, Германия) Основатели Сканирующей Зондовой Микроскопии. Создателями Сканирующей Зондовой Микроскопии являются Binnig и Rohrer, удостоенные в 1986 году Нобелевской премии. Патент на Сканирующий Туннельный Микроскоп был получен ими в 1982 году с приоритетом от 20. 09. 1979 г.

Г. Рорер (слева) и Г. Бинниг со своим первым СТМ

Функциональный блок первого СТМ

Russell Young and his co-workers Fredric Scire and John Ward (left to right) with the Topografiner.

СТМ изображение поверхности – Topografiner. Конструкции Янга (1972 год)

Одно из наиболее ранних СТМ изображений графита. размер скана 20 х20 А

СТМ изображение поверхности монокристаллического кремния Si(111)

Общая схема сканирующего зондового микроскопа. 1 - зонд; 2 – образец; 3 – пьезоэлектрические двигатели x, y, z; 4 – генератор напряжения развертки на x, y пьезокерамики; 5 – электронный сенсор; 6 – компаратор; 7 – электронная цепь обратной связи; 8 – компьютер; 9 – изображение z(x, y)

Схема туннелирования электронов через потенциальный барьер в туннельном микроскопе

Формирование СТМ изображения поверхности по методу постоянного туннельного тока

СТМ изображения поверхности Si (111) при различных напряжениях на образце: a) +0, 4 В, б) – 1, 4 В

Атомарное изображение нанотрубки, полученное Деккером в 1998 г. • Nature, 1998, v. 391, N 6662, p. 59.

• Атомно-силовая микроскопия Схематическое изображение первого АСМ из статьи Binnig, Quate and Gerber (Phys. Rev. Lett. 56, 930 (1986)).

Схематическое изображение зондового датчика АСМ

Схема оптической регистрации изгиба консоли зондового датчика АСМ

Электронно-микроскопическое изображение АСМ зонда

Электронно-микроскопическое изображение зонда атомно-силового микроскопа в процессе сканирования тестовой структуры

Нанотрубка на конце острия зонда атомного силового микроскопа

• Основные типы СЗМ - Сканирующий туннельный микроскоп. G. Binnig H Rohrer. ( 1981) • Атомарное разрешение на проводящих образцах. - Сканирующий ближнепольный оптический микроскоп. D. W. Pohl. ( 1982) • Разрешение 50 нм в оптическом изображении поверхности. - Сканирующий емкостной микроскоп. J. R. Matey, J. Blanc. ( 1984) • Реализовано разрешение 500 нм в емкостном изображении. - Сканирующий тепловой микроскоп. C. C. Williams, H. K. Wickramasinghe. ( 1985) • Разрешение 50 нм в тепловом изображении поверхности. - Атомно-силовой микроскоп. G. Binnig, C. F. Quate, Ch. Gerber. ( 1986) • Атомарное разрешение на непроводящих (и проводящих) образцах. - Магнитно-силовой микроскоп. Y. Martin, H. K. Wickramasinghe. ( 1987) • Разрешение 100 нм в магнитном изображении поверхности. - Микроскоп на силах трения. C. M. Mate, G. M. Mc. Clelland, S. Chiang. ( 1987) • Изображение латеральных сил на атомных масштабах. - Электросиловой микроскоп. Y. Martin, D. W. Abraham, H. K. Wickramasinghe. ( 1987) • Детектирование единичных зарядов на поверхности образцов. - Неупругая туннельная СТМ спектроскопия. D. P. E. Smith, D. Kirk, C. F. Quare. ( 1987) • Регистрация фононных спектров молекул в СТМ. - Микроскоп на основе баллистической эмиссии электронов. W. J. Kaiser. ( 1988) • Исследование барьеров Шоттки с нанометровым разрешением. - Инвертированный фотоэмиссионный микроскоп. J. H. Coombs, J. K. Gimzewski, B. Reihl J. K. Sass, R. R. Schlittler( 1988) • Регистрация спектров люминесценции на нанометровых масштабах. - Ближнепольный акустический микроскоп. K. Takata, T. Hasegawa, S. Hosaka, S. Hosoki. T. Komoda ( 1989) • Низкочастотные акустические измерения с разрешением 10 нм. - Сканирующий шумовой микроскоп. R. Moller A. Esslinger, B. Koslowski. ( 1989) • Регистрация туннельного тока без приложения напряжения. - Сканирующий микроскоп, регистрирующий прецессию спина. Y. Manassen, R. Hamers, J. Demuth, A. Castellano. ( 1989) • Визуализация спинов в парамагнетике с разрешением 1 нм. - Сканирующий микроскоп на ионной проводимости. P. Hansma, B. Drake, O. Marti, S. Gould, C. Prater. ( 1989) • Получение изображения поверхности в электролите с разрешением 500 нм. - Сканирующий электрохимический микроскоп. • O. E. Husser, D. H. Craston, A. J. Bard. - Микроскоп, регистрирующий изменения химического потенциала. C. C. Williams, H. K. Wickramasinghe ( 1990) - СТМ, регистрирующий фото-э. д. с. R. J. Hamers, K. Markert. ( 1990) • Регистрация распределения фото-э. д. с с нанометровым резрешением.

Структурная схема ближнепольного оптического микроскопа (БОМ) ( Durig U. , D. W. Pohl, F. Rohner. Near-field optical-scanning microscopy. J. Appl. Phys. , 59 (10), 1986, 3318 -3327).

Зонд для оптических измерений

Электросиловая микроскопия (ЭСМ)

Магнитная силовая микроскопия (МСМ)

Двухпроходные методики

Nanotechnology Instruments

Зондовый микроскоп “Integra” фирмы NT-MDT Нано лаборотория “Nano. Farb” фирмы NT-MDT

Учебный зондовый микроскоп “Nano. Educator” фирмы NT-MDT