Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscopy - SEM phát hiện hình thái của mẫu, kết hợp với tán xạ tia X cho thông tin về thành phần của vật liệu.. Kính hiển vi đầu dò quét S
Trang 120/12/13 TS Tran Tien Phuc 1
KÍNH HIỂN VI THẾ HỆ MỚI TRONG
LĨNH VỰC ĐIỆN TỬ NANÔ
Trần Tiến Phức Khoa Điện - Đ iện tử
CÁC LOẠI KÍNH HIỂN VI DÙNG TRONG
LĨNH VỰC NANO
1 Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron
Microscopy - TEM) cho thông tin về hình thái, cấu trúc và các giao
diện, những sai hỏng trong mạng tinh thể
2 Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy - SEM)
phát hiện hình thái của mẫu, kết hợp với tán xạ tia X cho thông tin
về thành phần của vật liệu
3 Kính hiển vi đầu dò quét (Scanning Probe Microscopy - SPM) để
phân tích bề mặt có độ phân giải cao
Kính hiển vi đường hầm quét (Scanning Tunneling Microscopy - STM)
Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic Force Microscopy - AFM),
Kính hiển vi lực tĩnh điện (Electrostatic Force Microscopy - EFM),
Kính hiển vi lực từ (Magnetic Force Microscopy - MFM),
Kính hiển vi tụ quét (Scanning Capacitance Microscopy - SCM),
Trang 220/12/13 TS Tran Tien Phuc 3
KỸ THUẬT ĐẦU DÒ QUÉT
Một đầu kim cực nhọn được
quét trên bề mặt mẫu với
một khoảng cách nhỏ, có
nhiều tương tác với bản
chất khác nhau (điện, từ, cơ
v.v.) và cung cấp tín hiệu
đo (dòng đường hầm, lực …)
Tín hiệu đo được quan sát
theo từng dòng quét và lặp
lại dòng tiếp theo với
khoảng cách cỡ nguyên tử.
Kết quả của nhiều dòng
quét được đặt lần lượt với
nhau sẽ tạo thành một “ảnh
bề mặt” có độ phân giải
cao.
KÍNH HIỂN VI ĐƯỜNG HẦM QUÉT
• Mật độ dòng qua tiếp xúc phụ thuộc Δ Z
Trang 320/12/13 TS Tran Tien Phuc 5
HAI PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT
• Phương pháp quét với dòng điện không đổi
• Phương pháp quét với khoảng cách không đổi
SƠ ĐỒ KHỐI CẤU TRÚC KÍNH HIỂN VI
ĐƯỜNG HẦM QUÉT
Trang 420/12/13 TS Tran Tien Phuc 7
TÍN HIỆU TỪNG ĐIỂM ẢNH Ở KÍNH
HIỂN VI ĐƯỜNG HẦM QUÉT
ĐO HÀM CÔNG VỚI STM
t U U t
Z 0 m sin
m
m
U
Z
K
Đưa điện áp xoay chiều vào điện cực Z
Khoảng cách biến động tương ứng
Đặt hệ số K
x y m
KU I
I 0 2 m 2 * ,
Phép đo biên độ dao động dòng đường hầm tại mỗi điểm
toạ độ rồi kết hợp lại cho ta bức ảnh bề mặt mẫu.
Trang 520/12/13 TS Tran Tien Phuc 9
KÍNH HIỂN VI LỰC QUÉT
Tương tác van der Waals được tính theo hàm Lennard-Jones:
12 0
6 0
0 2
r
r r
r U
r
U LD
4/11/2013
TỔNG HỢP LỰC GIỮA KIM ĐẦU DÒ VỚI BỀ MẶT MẪU
r r ' n r ' n r dVdV '
U
V V
LD PS
S P
PS
Trang 620/12/13 TS Tran Tien Phuc 11
HỆ THỐNG QUANG HỌC CỦA AFM
I 1 I 2 I 3 I 4
I Z
I 1 I 4 I 2 I 3
I L
LỆCH ĐỨNG
LỆCH NGANG
NGUYÊN NHÂN GÂY NÊN ĐỘ
LỆCH CHÙM TIA LASER
Trang 720/12/13 TS Tran Tien Phuc 13
HAI DẠNG PHỔ BIẾN CỦA CẦN DÒ
Phần thân cần là một thanh đàn
hồi có tiết diện hình chữ nhật Phần thân cần là thanh đàn hồi dạng khung hình tam giác.
Đầu kim có bán kính cong khoảng 1 đến 50 nm tùy theo loại
và công nghệ chế tạo Góc nghiêng của đầu kim khoảng 100
đến 200
SƠ ĐỒ KHỐI CỦA KÍNH HIỂÂN VI LỰC NGUYÊN TỬ
Trang 820/12/13 TS Tran Tien Phuc 15
Duy trì lực tác dụng không đổi giữa kim đầu
dò với bề mặt mẫu (f=const) bằng cách thay
đổi khoảng cách z
Duy trì khoảng cách không đổi giữa
đầu dò với bề mặt mẫu (Z= const), đo độ lệch
đứng của đầu kim hay lực tương tác F z
Trang 920/12/13 TS Tran Tien Phuc 17
Lực tương tác có sự đột biến khi kim đầu dò
tiếp cận hay rời xa bề mặt mẫu
Đột biến lực
Đầu kim tiếp cận mẫu
Đầu kim rời xa mẫu
m
d F
k z '
2
0
Duy trì dao động và ứng dụng ở kiểu
bán tiếp xúc
t u
0
2
2
1 1
Q
Q 0
Tần số cộng hưởng
Trong đó hệ số phẩm chất
Trang 1020/12/13 TS Tran Tien Phuc 19
Ứng dụng ở kiểu bán tiếp xúc
Tiếp xúc yếu
Tiếp xúc
Aûnh bề mặt mẫu Xenon tạo bởi AFM
Xenon – www.nanoscience.de
Trang 1120/12/13 TS Tran Tien Phuc 21
Kinh hiển vi lực nguyên tử trong thực tế
Kính hiển vi lực nguyên tử VEECO D3100
Trang 1220/12/13 TS Tran Tien Phuc 23
