Приборы нанотехнологий

1). Сканирующий туннельный микроскоп.

Принцип работы был рассмотрен в лекции, где излагался туннельный эффект.

СТМ позволяет изучать поверхность проводящих образцов путём измерения туннельного тока между образцом и острой иглой, подводящейся к нему на расстояние, составляющее доли нанометров.

Важной особенностью СТМ является то, что помимо измерительных функций наблюдения он может выполнять и активные исследовательские функции: осуществлять захват и перемещение отдельных атомов, проводить локальные химические реакции, манипулировать отдельными молекулами, атомами и даже квантовыми точками , собирая из них заранее заданные структуры.

При горизонтальном способе перемещения атомов по поверхности образца игла СТМ осуществляет «перекатывание» атома по поверхности.

Процесс вертикального перемещения атомов подобен работе башенного крана. Атом с помощью иглы СТМ отрывают от поверхности образца, перемещают в нужное место и затем опускают и «отцепляют», приближая остриё к поверхности и переключая напряжение на игле.

2). Атомно-силовой микроскоп.

АСМ в отличие от СТМ позволяет исследовать поверхности не только проводников, но и полупроводников и диэлектриков.

В основе работы АСМ лежит ванн-дер-ваальсовское взаимодействие между атомами заострённой иглы, подводимой к поверхности образца, и атомами поверхности.

При больших расстояниях r между остриём иглы и поверхностью образца действует сила притяжения. При малых r электронные облака атомов поверхности и острия перекрываются, что приводит к электростатическому отталкиванию. Силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга при r = r^* 0,2 нм.

27 – 2

Обычно используют бесконтактный метод, когда r и режим работы «постоянной силы».

Игла АСМ расположена на конце миниатюрной гибкой консольной балки – кантилевера, изгиб которого регистрируется оптическим или пьезорезистивным зондирующим узлом.

Современные АСМ позволяют проводить исследования поверхнос-

ти с очень высоким разрешением, вплоть до атомных при изучении неоргонических и синтетических материалов и биологических объектов.

Оригинальное применение методам АСМ нашли в IBM. Они предложили принципиально новое квантовое устройство записи и хранения информации («Многонож-ка»), принцип работы которого основан на механическом сканировании системой из большого количества АСМ-зондов (4096 шт) тонкой полимерной плёнки толщиной 70 нм, нанесённой на кремниевую подложку. При этом чип размером в 5 см² может хранить информацию, содержащуюся на 25 DVD-дисках (~ 153 Гбайт).