Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Электронды микроскопиядағы негізгі терминдер.






Электронды сә уле – ү лгілерді қ оздыруғ а жә неде жарық тандыруғ а қ олданылатын жылдам электронды сә уле.

Жылдамдатқ ыш кернеу – электронды сә уленің кинетикалық энергиясын анық тайтын, электронды пушканың электродтарының арасындағ ы кернеу.

Ажыратымдылығ ы – микростуктураның екі элементтерінің арасындағ ы азды кө пті арақ ашық тық.

Жарық тандырылғ ан сурет - микроструктураның ү лкейтілген суреті, электрондармен қ алыптасқ ан, энергетикалық аз шығ ынмен ө тетін объект.

Қ арағ ылатылғ ан сурет – шашыраң қ ы электрондармен қ алыптасады жә не ө те шашыраң қ ы объекттерді сә улелендіруге қ олданылады. Жарық тандырылғ ан суретпен салыстырғ анда негативті кө рінеді.

Хроматты аберрация – объектті жарық тандырғ аннан кейінгі электронның жылдамдығ ының тө мендеуі.

Ультрамикротом (ультратом) - шыны немесе алмаз пышақ тар кө мегімен ультра жұ қ а (0, 01-0, 1мкм) кеінді (турама) объектілерін алуда қ олданылатын қ ондырғ ы.

Реплика – электрондарғ а қ абат ретінде пайдаланылатын жұ қ а, тү ссіз полимерлі материал.

Электронды сә уле сипаттамасы.

Электронды сә уленің негізгі сипаттамаларына мыналар жатады: интенсивтілігі, жарық тығ ы, когеренттілігі жә не тұ рақ тылығ ы. Интенсивтілік пен жарық тық ты адастырып алуғ а болмайды.

Қ айнар кө з(источник) интенсивтілігі – бұ л бірлік уақ ыт аралығ ындағ ы жіберілген электрондар саны, жә не оны бірлік аумақ тың бетін сә улелендіруге тасымалдау. Яғ ни эмимтирленген токтың тығ ыздығ ы.

Жарық тығ ы - бірлік қ атты бұ рыштағ ы токтың тығ ыздығ ы.

Когеренттілігі – бә ріне белгілі, ақ тү с когерентті емес, ә ртү рлі ұ зындық тағ ы толқ ын қ оспасы болып табылатындық тан. Когерентті электронды сә уле алу ү шін, сондай бір сә уле жасау керек, ол бірдей толқ ын ұ зындығ ындағ ы электрондарды беретіндей, яғ ни, монохроматты сә уле.

Тұ рақ тылығ ы – сә ле тұ рақ тылығ ы жоғ арғ ы кернеу тұ рақ тылығ ымен жә неде электронды қ айнар кө здің тұ рақ тылығ ымен анық талынады. Вакуумның ү лкейуімен тұ рақ тылық та жақ сарады.

Сканерлеуші электронды микроскоп (scanning electron microscope – SEM) – трансмиссиялы электрондық микроскопқ а қ арағ анда басқ аша, жә неде басқ а ә дістермен жұ ыс жасайды. Сканерлеуші электронды микроскопта диаметрі 1мкм шамасындағ ы электронды сә уле, зерттелетін заттың барлық бетін мұ қ ият сканерлейді. Беттің тофограпиясының кішігірім ө згерістері, қ уат ағ ынына жойқ ын ә сер етеді. SEM – нің басқ аша атауы - растрлық электрондық микроскоп.

Интегра Прима (атомды-кү шті жә не туннелді микроскоп) зондты зерттеу нанозертханасы

Кө ру мү мкіндігі - атомдық, механикалық жергілікті, пьезоэлектрлікті, адгезионды жә не трибологиялық сипатамасын, магнитті материалдарды, доменді қ ұ рылымын, жартылай ө ткізгіштерді, тө сеніштің морфологиясын, қ оспаның таралуын, гетерошекаралар мен p-n ауысу шекарасын, фазаралық шекараны, жұ қ а органикалық пленкалардың беткі қ абаттың морфологиясын анық тайды. Бұ л микроскоптар кө мегімен ү лгінің ү ш ө лшемді беткі кескінін бір нанометрге дейін алуғ а болады. Сенсор ретінде вольфрамды зонд қ олданылады, туннелді, атомды-кү шті моде ретінде ө лшеулер жү ргізіледі жә не электрохимиялық ерітіндімен ө ң деу арқ ылы бастапқ ы қ алпына келтіруге болады.

Микросхеманың қ олданылатын элементтерінің сызық тық ө лшемдерін кішірейту микроэлектрониканың ең негізгі мə селелерінің бірі болып табылады. Ө лшемдері бірнеше немесе ондағ ан нанометр болып келетін схемалардың элементтерін қ ұ растыру электрониканы сапалы тү рде ө згертеді жə не оны наноэлектроника деп аталатын жаң а ғ ылыми сала зерттейді. Сонымен қ атар элементтер жұ мысының физикасы да ө згеретін болады.Олар негізінен кванттық механика принциптерінде жұ мыс істейтін болады. Интегралды наноэлектронды кванттық схемаларды қ ұ растыру нанотехнологияның тү пкі мақ саты болып табылады. Нанотехнологияны зерттелетін ү лгі бетінде наноө лшемдерге ие болатын, сонымен қ атар жекелеген атомдар мен молекулалардан тұ ратын функционалды элементтерді қ ұ растыру ə дістері менамалдарының қ осындысы ретінде анық тауғ а болады. Жартылай ө ткізгіш пластинаның бетіне маска жасауды қ осатын жə не кейіннен микролитографияны, соның ішінде рентгендік, электрондық жə не иондық литографияны қ олданатын дə стү рлі ə дістерді қ олдану болашақ та наноө лшемді кө лденең ө лшемдері бар қ атарларды қ алыптастыруғ а мү мкіндік береді. Алайда жеке молекулалар мен атомдар негізіндегі элементтерді дə стү рлі жолдармен қ ұ растыру мү мкін емес. 1980 жылы ІВМ фирмасының Швейцариядағ ы бө лімшесінің қ ызметкерлерімен бірге Г. Биннинг жə не Г. Рорермен қ ұ растырғ ан сканерлеуші туннельдік микроскоп (СТМ) ө лшемдері 0, 01 нм болатын металдық жə не жартылай ө ткізгіш тө сеніштер зақ ымданбмай бақ ылауғ а жə не анализдеуге мү мкіндік берді.

СТМ кө мегімен атомдық ажырату қ абілеті арқ ылы ө ткізгіш Туннельдік-зондтық нанотехнологияның физикалық негіздері материалдар болатын келетін ə ртү рлі монокристалдық жə не поликристалдық материалдардың бет бедерінің бейнелері алынғ ан болатын, қ атты денелердің бет бедерлерін зерттеудің жаң а ə дістері ойлап табылды СТМ жұ мыс істеу принципі қ арапайым: сканерлеуші туннельдік зонд ү ш координаталы пьезоқ ұ рал ішіне орнатылғ ан жə не зерттелетін ү лгі бетіне перпендикуляр орнатылатын металдық ине тə різдес электрод ретінде келеді. Пьезоқ ұ рал арқ ылы зонд туннельдік ток пайда болғ анғ а дейін ү лгінің бетіне қ арай жылжитын болады. Бұ л туннельдік ток зонд пен ү лгі бетінің арасындағ ы саң ылау жə не электродтар арасындағ ы кернеумен анық талатын болады. Егер де туннельдік ток жə не кернеу тұ рақ ты болса, онда зонд арқ ылы сканерлеген кезде зерттеліп отырғ ан ү лгінің бет бедері туралы ə ртү рлі ақ парат алуғ а болады. СТМ зерттелетін материалдардың бет бедерінің физикасынатомдық дең гейде зерттеудегі таптырмайтын қ ұ рал болып келеді.Туннельдік микроскопия ə ртү рлі процестерді, соның ішінде химиялық немесе иондық ө ң деу процестері кезіндегі материалдар бет бедерлері қ ұ рылымының ө згеруін, сонымен қ атар пленкаларды алудағ ы ə ртү рлі процестерді зерттеуге мү мкіндік берді.Туннельдік микроскопты ойлап тапқ ан ғ алымдар бірінші болып оны туннельдік зондтан материалдың булануы арқ ылы ө ткізгіш тө сенішін алуғ а болатыны туралы жария еткен. Кейінгі зерттеу жұ мыстары СТМ негізінде зондтық нанотехнология сияқ ты жаң а технологияны дамытуғ а болатынын кө рсетті. Бұ л технологияның негізінде туннельдік зондты ə ртү рлі ү лгілер бетіне кейбір объектілерді ө рнектеу, сонымен қ атар ол объектілерді нанометрлік аймақ тарда қ алыптастыру ү шін қ олдануғ а болады. Зонд ə ртү рлі материалдардың бет бедерлерін зерттеу ү шін айтарлық тай жетістіктерге қ ол жеткізуге мү мкіндік берді. Зонд айтарлық тай сезімтал арқ алық қ а (зонды бар арқ алық жə не оның ұ стағ ышы кантилевер деп аталады) бекітілетін сканерлеуші атомдық -кү штік микроскоптар (АКМ) қ ұ растырылғ ан болатын. Атомдық -кү штік микроскоптар диэлектрлік ү лгілердің бет бедерін атомдық ажырату қ абілетімен зерттеуге мү мкіндік береді.

Туннельдік-зондтық нанотехнология (ТЗН) екі негізгі бағ ыт бойынша дами бастады: ультражоғ ары вакуумды нанотехнология жə не атмосфералық қ ысымдағ ы газдар мен сұ йық тардағ ы нанотехнология, себебі жоғ ары вакуумда да, атмосфералық жағ дайларда да жұ мыс істейтін СТМ қ ұ растырылғ ан болатын. Жоғ ары вакуумды ТЗН негізгі артық шылық тары ретінде жекелеген молекулалар мен атомдардың орын ауыстыруына байланысты ə рекеттер жасауғ а мү мкіндік беретін таза кө лемдегі таза ү лгілермен жұ мыс істеу мү мкіндігін айтып кетуге болады. Алайда ине тə різдес электрод пен ү лгі арасындағ ы массалық тасымал, молекулалар мен атомдардың ү лгі бетінде жинақ талуы, олардың электродтар аралық саң ылаудан алыстауы жə не қ оспалардың вакуумдық кө лемнен келіп тү суі ү лгінің бет бедері мен кө лем ішіндегі жағ дайларғ а ə сер етуі мү мкін. Газдар мен сұ йық тардағ ы ТЗН концепциясы бойынша белгілі бір талаптарғ асай етіп таң далып алынғ ан ультражоғ ары жиілікті технологиялық тасымалдағ ыштар арқ ылы терең вакууммен байланысқ ан нанотехнологиядан кейбір параметрлер бойынша кем тү спейді. Бұ л жағ дайдағ ы ə сер ету объектілері ретінде жекелеген атомдар мен молекулалар емес, ө лшемдері 10-30 нм болатынобъектілер болып келетін, мысалы, кластерлер.Жоғ ары вакуумдымен салыстырғ анда газдар мен сұ йық тардағ ы ТЗН ө неркə сіп пен технологияда айтарлық тай ерекшеліктерге ие болады. Маскалар мен шаблондарды қ олданатын жоғ ары дең гейлі ажырату қ абілеті бар дə стү рлі литография микротехнологиядан субмикротехнологияғ а ə келеді, ал болашақ та нанотехнологияғ а ə келуі мү мкін.Зондтық микроскоптар олардың негізінде туннельдік-зондтық нанотехнологияны жү зеге асыру ү шін қ ажетті қ ұ ралдар жасауғ а мү мкіндік береді. Нанотехнологияғ а ө тудің осындай жолы ТЗН процесін бір уақ ытта бақ ылауғ а жə не жү зеге асыруғ а мү мкіндік беретінін атап айту керек.

Вакуумдық жə не атмосфералық нанотехнологиялар жекелеген функционалды элементтер тү рінде келетін наноэлектрониканың дискретті қ ұ ралдарын, сонымен қ атар ақ параттарды жоғ ары тығ ыздық пен жазылатын жады қ ұ ралдарын қ алыптастыруғ а алып келуі керек, кейіннен элементтері нанометрлік ө лшемде болатын интегралды кванттық схемалар жасауғ а алып келеді. Туннельдік-зондтық нанотехнологияның физикалық негіздері. Мұ ндай жағ дайларда молекулалық электроника туралы идея жү зеге асырылуы мү мкін. Элементті база ретінде жекелеген молекулаларды қ олдану жə не модификациялау ойластырылуда. Электрониканың ең қ арапайым ə рі «дө рекі» элементті база ретінде органикалық жə не бейорганикалық қ осылыстардың лигандаларымен жалатылғ ан металдық жə не жартылай ө ткізгіш кластерлер болуы мү мкін.Сипаттамалы ө лшемдері 30 нм жететін бұ л элементтер ерекше қ асиеттерге ие. Лигандалық жабындылар оларды тұ рақ ты кү йге ауыстырады. Ө з кезегінде лигандалық кластерлер, мысалы, негіздері арасында металдық байланыстары бар металдық тізбектер қ ұ рауы мү мкін. Лигандалық кластерлер негізіндегі элементті база дискретті бір электронды туннельдеу эффектісі негізінде жұ мыс істейтін интегралды схемаларды, сонымен қ атар кристалда ү лкен ө німділігіне жə не сыйымдылығ ына ие болатын ОЕҚ -ны жасауғ а мү мкіндік береді.

Тарихы, тү рлері, жұ мыс принциптері, ажырату мү мкіншіліктері. Қ азіргі кү нгі электронды микроскоптардың конструкциялары Алғ ашқ ы микроскопты XVII ғ асырда ағ ылшын физигі Роберт Гук (1635-1703ж.) жасағ ан. Ол микроскоппен 1662 жылдан бастап зерттелетін заттың тек жү з есе ү лкейтілген бейнесін ғ ана кө руге мү мкіншілік берді. Электрондық микроскоптың ашылу тарихы.Электрондық микроскоп XIX ғ асырдың соң ы – XX ғ. Басындағ ы бірқ атар физикалық ашылулардан кейін пайда бола бастады. 1897 ж. электронның ашылуы (Дж. Томсон), 1926 ж. электрондардың толқ ындық қ асиеттерінің анық талуы (К.Дэвиссон, Л.Бермер) жә не неміс ғ алымы Х.Буштың электрондық сә улелерді фокустауғ а қ абілетті магниттік линзаларды ойлап табуы 1930 ж. алғ ашқ ы электрондық микроскопты қ ұ растырудың негізін қ алады.

1931 ж. Р.Руденберг трансмиссиондық электрондық микроскопқ а патент алды, ал 1932 ж. М.Кнолль мен Э.Руско қ азіргі кү ні қ олданылып жатқ ан электрондық микроскоптың прототипін қ ұ растырды. 1986 ж. Э.Руско осы жұ мысы ү шін Нобель сыйлығ ын алды. 1930ж.-1940ж. Сканерлік электрондық микроскоптар ойлап табылды. 1952 ж. Ч.Отли сканерлік электрондық микроскоптың қ азіргі тү рін қ ұ растырды. 1930 жылдан бастап электрондық микроскоптар ғ ылыми зерттеулерде қ олданыла бастады. Электрондық микроскоп зерттелетін нысанның ө те ү лкен ө лшемін кө руге мү мкіншілік беретін, фундаментальды ғ ылыми зерттеулер маң ызды қ ұ рылғ ылардың бірі.

Электрондық микроскоп жарық микроскопына қ арағ анда зерттелетін нысанды 100000 есе ү лкейтіп кө рсетеді. Қ азіргі электрондық микроскоптардың кө рсеткіштік қ абілеттілігі 0, 1-0, 3 нм-ге дейін жетеді. Электрондық микроскоптың қ ұ рылысы жарық микроскопына ұ қ сас. Электондық микроскопта жарық беруші рольді электр тогымен қ ыздырылғ ан вакуумда орналасқ ан вольфрам жібінен тарайтын электрондар ағ ыны атқ арады. Электрондық микроскоптың бірнеше тү рі бар:

1. Трансмиссионды немесе сә улеленушіэлектрондық микроскоп;

2. Сканерлік немесе растрлық электрондық микроскоп;

3. Трансмиссионды сканерлік электрондық микроскоп;

4. Растрлық туннельді электрондық микроскоп

Трансмиссионды электрондық микроскоп жарық микроскопына ұ қ сас келеді, бірақ ү лгіні кө руге жарық емес, электрондар шоғ ы пайдаланылады.

Трансмиссионды электронды микроскоп LEO 906E

 

Бұ л микроскопта электрондық прожектор, конденсорлық линзалардың тү рлері жә не проекционды жү йе болады. Электрондардың кө зінің қ ызметін вольфрамнан жасалғ ан қ ыздырылғ ан катод атқ арады. Электрондар кү шті электрлік аймақ та жылдам қ озғ алады. Мұ ндай аймақ ты кө ру ү шін катодты 10000 В астында ұ стайды.Қ ұ рылғ ының бұ л бө лігі электрондық прожектор деп аталады. Электрондық микроскопта міндетті тү рде вакуум болуы қ ажет. Себебі, электрондар алысқ а кете алмайды, оттегі, азот, кө мірқ ышқ ыл газы молекулаларымен кездессе, олар бө геліп, ө з жолын ө згертіп шашырап кетеді.

Электрондық микроскопта электрондар ағ ыны электрондық пушканың вольфрамдық катодында пайда болып, жоғ арғ ы жә не тө менгі электромагниттік линзаларда фокусталады. Электрондар сақ иналық тесік жә не сканерлік катушка арқ ылы ө тіп, зерттелетін ү лгі проекторлық линзада фокусталады. Барлық процесс вакуумда жү реді. Ауа насос арқ ылы шығ ып отырады. Электр сә улесінің нысан бойынша ө туін бағ ыттайтын сканерлеуші катушканың жұ мысын компьютер басқ арады. Зерттелетін ү лгі ауа камерасына қ ажет жағ дайда орналастырылады. Зерттелетін нысанның суреті электрондардың фиксациясы нә тижесінде кө рінеді.

Электрондардың жылжымалы ауысып қ озғ алуы нысанның беткі формасымен реттеліп отырады. Электрондар детектордың флуоросцентті нысанына барып соғ ылады. Алынғ ан сурет компьютер дисплейіне шығ ады. Сканерлік электрондық микроскоп ғ ылыми зерттеулерде трансмиссионды электронды микроскопты толық тырып тұ ратын микроскоп. Сканерлік электрондық микроскопта электрлік линзалар ө те кішкентай ө лшемді дақ тарды кө руге мү мкіншілік береді. Дақ диаметрін 0, 2нм аспайтындай ө лшемге келтіруге болады. Трансмиссионды сканерлік электрондық микроскопта детектор болмайды. Сканерлік туннельдік электрондық микроскопта электрлік линзаның орнына магниттік линза болады.

Жарық тандырушы электрондық микроскоп – ультра жің ішке ү лгідегі суретке электрондық шоқ тың ә рекеттесуі нә тижесінде немесе ү лгідегі затты магнитті линзалармен ү лкейту арқ ылы жә не флуорсценциялы қ алқ ада тіркеумен жү зеге асатын жабдық. Жарық тандырушы электрондық микроскопты ең алғ аш неміс инженері Макс Кнолл жә не Эрнст Русскпен 1931 жылы 9 наурызда ойлап тапқ ан. Бірінші практикалық электрондық микроскопты Альберт Пребус жә не Дж. Хиллиер Торонто университетінде 1938 жылы қ ұ растырып шығ арғ ан.Жарық тандырушы электрондық микроскоп - ә р тү рлі материалдар дың қ ұ рылымын талдау ү шін тиімді қ олданып жатыр: Металлдарды, балқ ымаларды, керамиканы, полимерлерді, нанотрубкаларды, наноқ ұ рылымдарды, фуллерендерді, кө п қ абатты нә зік қ абыршақ тарды, ә р тү рлі биологиялық объекттерді зерттеуге мү мкіндік береді. ПЭМ – де жарық талыну жү йесі электрондық шоқ тан жә не екі линзалы конденсатордан тұ рады. Конденсатор сә улелену ағ ынының интенсивтілігін қ адағ алайды. Электрондық атқ ылаушы катодтан, (W немесе LaB6 қ ызғ ан сым), тесігі бар пластинкасы бар анодтан тұ рады. Анодпен катод арасында ү демелі кернеуі бар ө те кү шті электрлік ө рісі бар. Жылдамдығ ы ө скен сайын толқ ын ұ зындығ ы кемиді, сондай – ақ электронның массасы ө згереді(l=h/mv, l=h(2meU)-1/2). Ал бұ л дегеніміз оптикалық жү йенің рұ қ сат етілген дифракциялық шегінің артады деген сө з. Ү демелі кернеудің артуы электронның енгіш қ асиетін арттырады. Анод тесігі арқ ылы ө ткен электрон шоғ ы конденсаторғ а жә не юстировкалаушы конденсаторғ а ө теді.Онда ең соң ғ ы рет зерттелетін объектіге электрон шоғ ы тү седі.Электрон объектіден ө ткеннен соң шашырайды. Оның фокусталуы жә не экранда бірінші бейнені алу линзалар жү йесі арқ ылы іске асады. (объективті, аралық жә не т.б.) Аппретуралық диафрагма зерттелетін объектіден ө ткен электрондардың арасынан ең кү шті шашырағ анын, не болмаса мү лде шашырамағ анды, не аз шашырағ ан электронды таң дауғ а мү мкіндік береді.Оны алатын суреттен байқ ауғ а болады. Сурет фотопластинкағ а немесе фотопленкағ а тү сіріледі. Қ азірде сандық фотокамера жә не сандық видеокамералар қ олданылады.

Жарық тандырғ ыш электронды микросокоптың қ ұ рылысы: 1- катод, 2- фокусталушы электрод, 3- анод, 4- бірінші конденсор, 5- бірінші конденсордың диафрагмасы, 6 - екінші конденсор, 7- екінші конденсордың диафрагмасы, 8- екінші конденсордың стигматоры 9- юстировканың корректоры, 10- зерттелуші объект, 11- объектілердің орны, 12- объективті линза, 13- апертурлық диафрагма 14- объективті линзаның стигматоры, 15- секторлы диафрагма, 16- аралық линзаның стигматоры, 17- аралық линза, 18- кө з бақ ылауындағ ы диафрагма, 19 –проекциялық линза, 20– бақ ыланатын экран.

Растрлық электрондық микроскоп (РЭМ) — ү лгінің бетіндегі суретті, сонымен қ атар қ ұ рамы туралы информацияны алуғ а арналғ ан жоғ ары (0, 4 нанометрге дейін) кең істіктік рұ қ саты бар электронды микроскоп класына жататын қ ондырғ ы.

 

Зерттелетін заттың электрондық шоқ тарының ә серлесу принципына негізделген. Бұ л микроскоп электрондық микроскоптың бір тү рі, зерттелетін бетті барлап байқ ау ү шін оны фокусталғ ан электр шоғ ы арқ ылы сканерлейді. Суретті қ арау ү шін ә р тү рлі сигналдарды детектірлеуді пайдаланады, екінші электрондармен қ оса, теріс электондар, рентгендік сә уле шығ ару жә не ү лгі арқ ылы ө тетін ток қ олданылады. Алынатын сигналдың екі ө лшемді картасы жә не беттік жақ тың бейнесі болады. Сканирлеуші электрондық микроскоп биік кең істіктің (0, 4 нм дейін) рұ қ сатымен объектінің бет жағ ының бейнесін алу ү шін қ олайлы жә не қ ұ рамы туралы ақ парат береді. Электрондық шоқ тардың зерттелетін объектімен ө зара ә серлесуіне негізделген. Қ азіргі уақ ытта сканирлейтін электрондық микроскоп ү лкен диапозонда 10 краттан 1000000 кратка дейін ү лкейтеді. Ол оптикалық микроскопқ а қ арағ анда 500 есе жақ сы ү лкейтеді. Сканирлейтін электрондық микроскопта электрон шоғ ы ү лгіге бағ ытталады. Екеуінің ә серлесуі нә тижесінде ә лсіз электрондар туындайды. Олар детекторге бағ ытталады, ә р соқ тығ ысуда электрлік сигналдар детектірден шығ арда пайда болады. Электрлік белгінің қ арқ ындылығ ы ү лгінің табиғ атына байланысты болады.

Сомен электрон шоғ ы арқ ыла сканирлеуде қ арағ ан аймақ тың бедерінің картасын алуғ а болады. Электрондық зең біректе жұ қ а электрондық зонд туындайды, олар электрон кө зі болып табылады. Олар электрондық линзалармен фокусталады. Сканирлейтін катушкалар зондтарды екі бағ ытқ а ауытқ ытады, ү лгінің бетін зонд кө мегімен сканирлейді. Электрон кө здері, электр линзалары жә не ауытқ ыту катушкалары электрон бағ аналарын қ ұ райды. Сканирлейтін электрондық микроскопты физикада, электроникада, фармацевтикада, медецинада, биологияда жә не материалтануда қ олданады. Оның басты функциясы – зерттелетін ү лгінің ү лкейтілген бейнесін алу немесе ә р тү рлi сигналдарда тіркелетін ү лгiнiң бейнелерi. — ү лгінің суретін, сонымен қ атар қ ұ рамы туралы информацияны алуғ а арналғ ан (0, 4 нанометрге дейін) электронды микроскоп класына жататын қ ондырғ ы.

Зерттелетін заттың электрондық шоқ тарының ә серлесу принципіне негізделген.Микроскоптың ажырату кү ші немесе ажырату қ абілеті деп - шектік ажырату қ ашық тық тығ ына кері шаманы айтады. Шектік ажырату қ ашық тығ ы дегеніміз – бұ л екі нү кте арасындағ ы ең аз қ ашық тық, олардың ажыратылғ ан бейнесі микроскопта алынуы мү мкін. РЭМ мө лдірлі электронды микроскоп блоктарымен аналогты блоктардан қ ұ ралғ ан, олар: жарық тандырғ ыш, оптикалық жү йе, тіркеуші қ ұ рал; вакуумды, электронды шоқ жә не алынғ ан нә тижелерді тіркеу жү йесі деген сияқ ты қ осымша жү йелердің бар болуы. Растрлы микроскоп-тардағ ы электронды шоқ статисті болмағ андық тан белгілі бір аудан-нан ө теді.

Шоқ тың бұ рылуын басқ арушы ауытқ ушы жү йесі теледидар кинескопындағ ы ауытқ ушы пластиналарымен аналогты (немесе ком-пьютер мониторындағ ы). Ү лгі бетіне тү сіп, ол оның бетінен электрон-дарды шығ арып тастайды (шоқ қ а қ атысты екінші ретті). Тіркеу жү йесі (детектор) екінші ретті сә улеленуді ұ стайды, іріктейді (энергиясы мен шашырау бұ рышы бойынша) жә не жинақ тайды. Сонымен, экранның жарық тылығ ы, ол ө з кезегінде зерттелетін беттің кү йімен сипатта-латын тіркеуші жү йеге тү скен екінші ретті электрон сандарынан тә -уелді болады. Ә р тү рлі кристал ү лгілері, ә р тү рлі тү йіндер ә р тү рлі екінші ретті эмиссия коэффициенттеріне ие болады. Яғ ни екінші ретті электронды сә уле шығ арады, олай болса оларғ а кинескоп экранының ә р тү рлі жарық тылығ ы сә йкес келеді.Расторлық микроскоптың ең негізгі кемшілігі: Жоғ ары кернеуліктің берілуінен, яғ ни 1-30кВ аралығ ында, қ ұ рылғ ымыз кү йіп кетуі мү мкін.

РЭМ мү мкіндіктері: ғ ылымның ә р саласында дерлік кең інен қ олданылады. Мысалғ а, биология ғ ылымынан материал туралы ғ ылымдарғ а дейін. Ә ртү рлі детекторлармен жабдық талғ ан ә ркелкі конструкциялы РЭМды шығ аратын фирмалардың саны кө птеп кездеседі. Бұ л микроскоп вакуумды ортада жұ мыс жасайды.Себебі электрон басқ а заттармен тез ә серлесіп кетеді.Ол тек объектімен ә серлесу ү шін ауасыз ортада жұ мыс жасайды.Ауасы насос арқ ылы шығ арылып отырады. РЭМ қ азіргі заманда 10 краттан -1000000 кратқ а дейін ө те кең диапазонда жұ мыс жасайды.Ең жақ сы оптикалық микроскоптың ө зінен 500 есе ү лкейтіп кө рсетеді.Қ азіргі кезде бұ л микроскопты барлық ғ ылым саласында қ олданады.Биологиядан бастап материалдарды зерттеу ғ ылымына дейін.Заманауи РЭМ-да сурет сандық тү рде тіркеледі.

 

 

Атомды-кү ш микроскопының қ ұ рылысымен жұ мысының принципі. Атомды-кү шті микроскоптың жұ мыс істеу принципі зерттелетін ү лгі мен зонд бетінің арасындағ ы кү штік ә рекеттесуге негізделген.

Зонд ретінде кантилевер деп аталатын серпімді консольдің ұ шында орналасқ ан наноразмерлі ө ткір ұ ш (острие) қ олданылады. Бет жақ тан зондқ а ә рекет ететін кү ш, консольдің майысуына ә келеді. Ө ткір ұ штың астында кө терің кіліктің не тө мендіктің пайда болуы зондқ а ә сер ететін кү штің ө згерісіне алып келеді, демек, кантилевердің майысу ө лшемінің ө згерісіне де алып келеді. Сол арқ ылы, майысу ө лшемін тіркеу арқ ылы, бет рельефі туралы қ орытынды жасауғ а болады. Зонд жә не ү лгі арасында Ван-дер-Ваальс кү штері жү реді. Алғ ашында ол кү штер тартылыс кү штері ал кейін біраз жақ ындағ ан соң (зонд пен ү лгі) тебіліс кү штеріне ауысады. Контилевер жә не ү лгі бетінің арасындағ ы кү штердің сипатына қ арай атомды-кү штік микроскоптың жұ мыс істеу режимдері 3-ке бө лінеді: Контактілі(англ. contact mode); «Жартылайконтактілі» (англ. semi-contact mode или tapping mode); Контактілі емес (англ. non-contact mode).

Атомды-кү штік микроскоптың контактілі жұ мыс режимі: Контилевердің ө ткір ұ шы ү лгі жә не бетпен тікелей контактіде (байланыста) болады. Сканирлеу, қ айтымды байланыс жү йесі кантилевердің тұ рақ ты майысу ө лшемімен байланысып тұ рғ анда тұ рақ ты кү ш режимінде орындалады.

Атомды-кү штік микроскоптың «жартылайконтактілі» жұ мыс режимі: Жартылайконтактілі жұ мыс режимінде де кантилевердің ауытқ уы туындайды. Ауытқ удың тө менгі жартылай периодында кантилевер ү лгінің бетін жанап ө теді. Мұ ндай ә діс толық контактілі жә не толық контактілі емес жұ мыс режимдерінің аралық ә дісі болып табылады.

Атомды-кү штік микроскоптың артық шылық тары мен кемшіліктері. Артық шылық тары (растрлы электронды микроскоппен салыстырғ анда): Беттің шынайы ү шө лшемді бейнесін береді; Ток ө ткізбейтін беттерді де зерттей алады; Ауада немесе сұ йық та жұ мыс істей алады; Рұ қ сат етуі жоғ ары.Кемшіліктері: Сканирлеу ө рісінің размерінің кіші болуы; Бейненің сапасы зондтың қ исық тық радиусына тә уелді(егер зондты дұ рыс таң дамасақ, бейне анық, сапалы болып шық пайды); Ү лгі бетін сканирлеуге кө п уақ ыт жұ мсайды.

Туннельдік микроскоп 1980 жылы ІВМ фирмасының Швейцариядағ ы бө лімшесінің қ ызметкерлерімен бірге Г. Биннинг жə не Г. Рорермен қ ұ растырғ ан сканерлеуші туннельдік микроскоп (СТМ) ө лшемдері 0, 01нм болатын металдық жə не жартылай ө ткізгіш тө сеніштер зақ ымданбмай бақ ылауғ а жə не анализдеуге мү мкіндік берді.

СТМ кө мегімен атомдық ажырату қ абілеті арқ ылы ө ткізгіш Туннельдік-зондтық нанотехнологияның физикалық негіздері материалдар болатын келетін ə ртү рлі монокристалдық жə не поликристалдық материалдардың бет бедерінің бейнелері алынғ ан болатын, қ атты денелердің бет бедерлерін зерттеудің жаң а ə дістері ойлап табылды. СТМ жұ мыс істеу принципі қ арапайым: сканерлеуші туннельдік зонд ү ш координаталы пьезоқ ұ рал ішіне орнатылғ ан жə не зерттелетін ү лгі бетіне перпендикуляр орнатылатын металдық ине тə різдес электрод ретінде келеді. Пьезоқ ұ рал арқ ылызонд туннельдік ток пайда болғ анғ а дейін ү лгінің бетіне қ арай жылжитын болады. Бұ л туннельдік ток зонд пен ү лгі бетінің арасындағ ы саң ылау жə не электродтар арасындағ ы кернеумен анық талатын болады. Егер де туннельдік ток жə не кернеу тұ рақ ты болса, онда зонд арқ ылы сканерлеген кезде зерттеліп отырғ ан ү лгінің бет бедері туралы ə ртү рлі ақ парат алуғ а болады.

СТМ зерттелетін материалдардың бет бедерінің физикасын атомдық дең гейде зерттеудегі таптырмайтын қ ұ рал болып келеді.Туннельдік микроскопия ə ртү рлі процестерді, соның ішінде химиялық немесе иондық ө ң деу процестері кезіндегі материалдар бет бедерлері қ ұ рылымының ө згеруін, сонымен қ атар пленкаларды алудағ ы ə ртү рлі процестерді зерттеуге мү мкіндік берді.Туннельдік микроскопты ойлап тапқ ан ғ алымдар бірінші болып оны туннельдік зондтан материалдың булануы арқ ылы ө ткізгіш тө сенішін алуғ а болатыны туралы жария еткен.Кейінгі зерттеу жұ мыстары СТМ негізінде зондтық нанотехнология сияқ ты жаң а технологияны дамытуғ а болатынын кө рсетті.Бұ л технологияның негізінде туннельдік зондты ə ртү рлі ү лгілер бетіне кейбір объектілерді ө рнектеу, сонымен қ атар ол объектілерді нанометрлік аймақ тарда қ алыптастыру ү шін қ олдануғ а болады.Зонд ə ртү рлі материалдардың бет бедерлерін зерттеу ү шін айтарлық тай жетістіктерге қ ол жеткізуге мү мкіндік берді. Зонд айтарлық тай сезімтал арқ алық қ а (зонды бар арқ алық жə не оның ұ стағ ышы кантилевер деп аталады) бекітілетін сканерлеуші атомдық -кү штік микроскоптар (АКМ) қ ұ растырылғ ан болатын.

Атомдық -кү штік микроскоптар диэлектрлік ү лгілердің бет бедерін атомдық ажырату қ абілетімен зерттеуге мү мкіндікбереді.Туннельдік-зондтық нанотехнология (ТЗН) екі негізгі бағ ыт бойынша дами бастады: ультражоғ ары вакуумды нанотехнология жə не атмосфералық қ ысымдағ ы газдар мен сұ йық тардағ ы нанотехнология, себебі жоғ ары вакуумда да, атмосфералық жағ дайларда да жұ мыс істейтін СТМ қ ұ растырылғ ан болатын.Жоғ ары вакуумды ТЗН негізгі артық шылық тары ретінде жекелеген молекулалар мен атомдардың орын ауыстыруына байланысты ə рекеттер жасауғ а мү мкіндік беретін таза кө лемдегітаза ү лгілермен жұ мыс істеу мү мкіндігін айтып кетуге болады. Алайда ине тə різдес электрод пен ү лгі арасындағ ы массалық тасымал, молекулалар мен атомдардың ү лгі бетінде жинақ талуы, олардың электродтар аралық саң ылаудан алыстауы жə не қ оспалардың вакуумдық кө лемнен келіп тү суі ү лгінің бет бедері мен кө лем ішіндегі жағ дайларғ а ə сер етуі мү мкін. Газдар мен сұ йық тардағ ы ТЗН концепциясы бойынша белгілі бір талаптарғ а сай етіп таң далып алынғ ан ультражоғ ары жиілікті технологиялық тасымалдағ ыштар арқ ылы терең вакууммен байланысқ ан нанотехнологиядан кейбір параметрлер бойынша кем тү спейді. Бұ л жағ дайдағ ы ə сер ету объектілері ретінде жекелеген атомдар мен молекулалар емес, ө лшемдері 10-30 нм болатын объектілер болып келетін, мысалы, кластерлер. Жоғ ары вакуумдымен салыстырғ анда газдар мен сұ йық тардағ ы ТЗН ө неркə сіп пен технологияда айтарлық тай ерекшеліктерге ие болады.Маскалар мен шаблондарды қ олданатын жоғ ары дең гейлі ажырату қ абілеті бар дə стү рлі литография микротехнологиядан субмикротехнологияғ а ə келеді, ал болашақ та нанотехнологияғ а ə келуі мү мкін. Зондтық микроскоптар олардың негізінде туннельдік-зондтық нанотехнологияны жү зеге асыру ү шін қ ажетті қ ұ ралдар жасауғ а мү мкіндік береді. Нанотехнологияғ а ө тудің осындай жолы ТЗН процесін бір уақ ытта бақ ылауғ а жə не жү зеге асыруғ а мү мкіндік беретінін атап айту керек. Вакуумдық жə не атмосфералық нанотехнологиялар жекелеген функционалды элементтер тү рінде келетін наноэлектрониканың дискретті қ ұ ралдарын, сонымен қ атар ақ параттарды жоғ ары тығ ыздық пен жазылатын жады қ ұ ралдарын қ алыптастыруғ а алып келуі керек, кейіннен элементтері нанометрлік ө лшемде болатын интегралды кванттық схемалар жасауғ а алып келеді.Туннельдік-зондтық нанотехнологияның физикалық негіздері Мұ ндай жағ дайларда молекулалық электроника туралы идея жү зеге асырылуы мү мкін.Элементті база ретінде жекелеген молекулаларды қ олдану жə не модификациялау ойластырылуда.

Электрониканың ең қ арапайым ə рі «дө рекі» элементті база ретінде органикалық жə не бейорганикалық қ осылыстардың лигандаларымен жалатылғ ан металдық жə не жартылай ө ткізгіш кластерлер болуы мү мкін. Сипаттамалы ө лшемдері 30 нм жететін бұ л элементтер ерекше қ асиеттерге ие. Лигандалық жабындылар оларды тұ рақ ты кү йге ауыстырады. Ө з кезегінде лигандалық кластерлер, мысалы, негіздері арасында металдық байланыстары бар металдық тізбектер қ ұ рауы мү мкін.

Сканерлейтін зонд микроскопы, жұ мысының принципі, тү рлері. Сканирлеуші зондық микроскоптар (СЗМ).Ү лгі бетінің суретін жә не оның локальды сипаттамаларын алу ү шін қ олданылатын микроскоптар классы. Суреттің пайда болу процессі бетті зонд арқ ылы сканирлеуге негізделген. Жалпы жағ дайда беттің жоғ арғ ы рұ қ сатты ү шө лшемді (топография) суретін алуғ а мү мкіндік береді.

Certus Standard — сканирлеуші зондты микроскоп (СЗМ),

Қ азіргі сканирлеуші зондық микроскопты 1981 жылы Герд Карл Бинниг жә не Генрих Рорер ойлап тауып, 1986 жылы олар Нобель сыйлығ ына ие болды. СЗМ-нің ерекшеліктері: Зондының болуы, Зондтың ү лгіге қ атысты 2-лік (X-Y) не 3-тік (X-Y-Z) координаттар бойынша орын ауыстыру жү йесінің болуы, Тіркеу жү йесінің болуы.Тіркеу жү йесі зонд-ү лгі қ ашық тығ ынан тә уелді функция мә нін белгілейді. Ә детте тіркелетін мә н ү лгінің орналасуын немесе координаттар ішінен бір координат (Z) зондын басқ аратын теріс қ айтымды байланыс жү йесімен ө ң деледі. Қ айтымды байланыс жү йесі ретінде кө біне пропорциональды-интегральды-дифференциалды регулятор(ПИД-регулятор) қ олданылады. СЗМ-нің негізгі тү рлері: Сканирлеуші атомды-кү штік микроскоп, Сканирлеуші туннельді микроскоп, Сканирлеуші магнитті-кү штік микроскоп, Жақ ынө рісті оптикалық микроскоп, Сканирлеуші электро-кү штік микроскоп. Бұ л микроскоптың жұ мыс істеу принципі зерттелетін ү лгі мен зонд бетінің арасындағ ы кү штік ә рекеттесуге негізделген. Зонд ретінде кантилевер деп аталатын серпімді консольдің ұ шында орналасқ ан наноразмерлі ө ткір ұ ш (острие) қ олданылады. Бет жақ тан зондқ а ә рекет ететін кү ш, консольдің майысуына ә келеді. Ө ткір ұ штың астында кө терің кіліктің не тө мендіктің пайда болуы зондқ а ә сер ететін кү штің ө згерісіне алып келеді, демек, кантилевердің майысу ө лшемінің ө згерісіне де алып келеді. Сол арқ ылы, майысу ө лшемін тіркеу арқ ылы, бет рельефі туралы қ орытынды жасауғ а болады. Зонд жә не ү лгі арасында Ван-дер-Ваальс кү штері жү реді. Алғ ашында ол кү штер тартылыс кү штері ал кейін біраз жақ ындағ ан соң (зонд пен ү лгі) тебіліс кү штеріне ауысады. Сканирлеуші туннельдік микроскоп – жоғ ары кең істікті рұ қ сат етуі бар ө ткізгішті беттердің рельефін ө лшеуге арналғ ан сканирлеуші зондық микроскоптың бір тү рі. СТМ-да ө ткір металлдық инені ү лгіге бірнеше ангстрем қ ашық тық та жеткізеді. Ү лгіге қ атысты инеге аздап потенциал бергенде туннельді ток туындайды.Бұ л токтың мө лшері ү лгі-ине қ ашық тығ ынан экспоненциалды тә уелді. 1 Å қ ашық тық шамасында ток мө лшері 1—1000 пА.

Қ олданылғ ан ә дебиеттер:

1. Д.А. Мырзакожа, А.А. Мирзаходжаев “Современные Методы Исследования” Алматы, 2013

2. З.А. Мансұ ров, Б.Қ. Діністанова, А.Р. Келімқ ұ лова, М. Нә жіпқ ызы “Нанотехнология негіздері” Алматы, 2014

Сілтемелер:

https://kazorta.org/elektrondy-mikroskop/

https://kk.wikipedia.org

https://zakupki.kz/tender/19848404/

жә не т.б






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.