Нанотехнология в электротехнических и радиоэлектронных материалах

Министерство Образования Российской Федерации

Московский Энергетический Институт (ТУ)

Реферат на тему:

«Нанотехнология в электротехнических и радиоэлектронных материалах»

Выполнил:

Леонтьев А.В.

Гр.Эл-15-05

Проверил:

Колчин

Москва 2009

Введение

В нынешнее время трудно переоценить значение нанотехнологий. Нанотехнология – ключевое понятие начала XXI века. В настоящее время существует множество методов исследования нанообъектов.

1. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения:

- электронная микроскопия атомного разрешения;

- электронная голография;

- электронные микроскопы с коррекцией сферической абберации;

- электронная микроскопия с фильтрацией энергии для химического анализа;

- отражательная электронная микроскопия медленных электронов.

2. Сканирующая электронная микроскопия :

- энергетический анализ рассеянных электронов и рентгеновских лучей;

- катодолюминесценция;

- метод наведенного тока;

- электронная томография и др.

3. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия :

- проведение спектроскопического анализа;

- измерение молекулярных сил;

- проведение экспериментов при пониженных и повышенных температурах;

- манипулирование отдельными атомами.

4. Рентгенодифракционные методы анализа тонкой структуры нанообъектов и наноструктурированных материалов, в том числе и при использовании синхротронного излучения.

5. Электронная спектроскопия для химического анализа:

Оже-электронная спектроскопия; фотоэлектронная спектроскопия; Рамановская и ИК-спектроскопия;

6. Методы исследования фотолюминесценции и др.

Наиболее распространенным и информативным методом является сканирующая туннельная микроскопия. С момента изобретения Г. Биннингом и Г. Рорером первого варианта сканирующего туннельного зондового микроскопа в 1982 году прошло всего 20 лет, но за это время из остроумной игрушки он превратился в одно из мощнейших средств нанотехнологии.

Рассмотрим сканирующие зондовые методы исследования и атомного дизайна.

1. Сканирующие зондовые методы исследования и атомного дизайна

Зондовые методы становятся одним из ведущих средств нанотехнологии молекулярного дизайна, реализующего новую технологическую парадигму «снизу -вверх» взамен или в дополнение развивавшейся веками парадигме «сверху - вниз».

Ключевая идея зондовой микроскопии относительно проста. Как видно из названия (SPM) общим у этих методов является наличие зонда (чаше всего это хорошо заостренная игла с радиусом при вершине, равным 10 нм) и сканирующего механизма, способного перемещать его над поверхностью образца в трех измерениях (рис. 1).

Рис. 1. Типовая схема осуществления сканирующих зондовых методов ( SPM ) исследования и модификации поверхности в нанотехнологии.

Обычно сканер имеет несколько ступеней регулирования положения зонда относительно образца с различной точностью и скоростью. Грубое позиционирование осуществляют трехкоординатными моторизированными столами. Типичный диапазон перемещений по координатам X и Y составляет десятки, иногда сотни мм, по Z - 10-20 мм. а точность позиционирования ~ 0,1-1 мкм. Тонкое сканирование реализуют с помощью трехкоординатных пьезоактуаторов, позволяющих перемещать иглу или образец с точностью до долей ангстрема на десятки микрон по Хи У и на единицы мкм - по Z. Все известные в настоящее время методы SPM можно разбить (весьма условно) на три большие группы.

Сканирующая туннельная микроскопия (ScanningTunnelingMicroscopy - STM). При использовании этого метода между электропроводящим острием и образцом приложено небольшое напряжение (0,01 - 10 В) и регистрируется туннельный ток в зазоре, зависящий от свойств и конфигурации атомов на исследуемой поверхности образца (рис. 2).

Рис. 2. Принцип действия сканирующего туннельного зондового микроскопа ( STM ) (а) и типичная зависимость туннельного спектра для кремниевого диода При Т=4,2К (б) : 1- зонд; 2- образец; I^t - туннельный ток в зазоре δ; Е_F - уровень Ферми; U - напряжение, приложенное к зазору (0,01-10 В); W - энергия; е - заряд электрона; Z - ось, перпендикулярная к поверхности образца

Будучи прямым потомком ионного проектора, созданного Мюллером в 30-е годы XX века STM также быстро достигла атомного разрешения. Но в отличие от проектора Мюллера методами STM можно получить неискаженное изображение макроскопически плоской поверхности образца на любом ее участке (см. рис.7), а не проекцию изображения кончика иглы неизвестной кривизны на люминесцентный экран проектора. Это позволило от чисто качественной картинки атомарного строения кончика острия (в виде которого и надо сначала изготовить образец для проектора Мюллера) перейти к количественным исследованиям не только топологии поверхности, но и многих других характеристик отдельных атомов на ней.

Как следует из названия, STM использует туннельный эффект -квантовый переход электрона через область, запрещенную классической механикой. В туннельном микроскопе этой областью является зазор между кончиком иглы и бл

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать