«Кинетический фазовый контраст в атомно-силовой микроскопии»

Реферат

на работу группы авторов Щеглов Д.В., Латышев А.В., Попков В.Ю.

«Кинетический фазовый контраст в атомно-силовой микроскопии»

Значительный прогресс в структурной диагностике низкоразмерных систем достигнут благодаря развитию и широкому применению методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ): сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), атомно-силовой микроскопии (АСМ) и др. Эти методы, основанные на эффектах взаимодействия твердотельной иглы с исследуемой поверхностью, стали основными инструментариями структурных исследований поверхности в физике, геологии, химии, биологии и медицине. Относительная простота интерпретации получаемых изображений при высокой разрешающей способности и прецизионной точности измерений зондовой микроскопии позволяет решать многочисленные задачи, которые невозможно решить другими экспериментальными методами.

Достоинством методов сканирующей зондовой микроскопии является возможность получения трехмерного изображения рельефа поверхности, формирование которого оптической или электронной микроскопией затруднено и сопряжено со значительными математическими расчетами. Преимуществом АСМ диагностики также является способность получения карт распределения по поверхности ряда параметров, таких как потенциал, уровень легирования, кулоновский заряд, электрическая емкость, намагниченность, твердость, оптические характеристики и др.

Способность прецизионного позиционирования острозаточенного зонда относительно исследуемого образца с точностью до единиц нанометров, а в нормальных координатах до долей ангстрема, открывает возможность применения СЗМ не только для диагностики, но и для литографии в нанометровом диапазоне.

Развитие полуконтактных резонансных методик в атомно-силовой микроскопии позволило не только улучшить чувствительность, но и расширить область применения методов СЗМ. В основе полуконтактной методики АСМ лежит регистрация ампли

туды и сбоя фазы резонансных колебаний зонда при его взаимодействии с поверхностью [1]. Методика АСМ, регистрирующая сбой фазы колебаний зонда, получила название метода фазового контраста. В работе [2] приведена обобщающая модель взаимодействия зонда с поверхностью, в которой учитывается энергия диссипации колебаний зонда АСМ при соприкосновении с поверхностью.

Целью данного цикла работ являлся детальный анализ механизмов взаимодействия резонансно колеблющегося зонда АСМ с подложкой при латеральном движении вдоль неё.

В результате проведенной работы изучен механизм формирования фазового контраста, инициированного сбоем колебаний осциллирующего зонда атомно-силового микроскопа при различных условиях его взаимодействия с поверхностью. Обоснован кинетический механизм формирования фазового контраста, проявляющийся при увеличении скорости передвижения зонда АСМ по поверхности подложки вследствие увеличения силы трения. Предложена модель движения зонда по поверхности, учитывающая шероховатость иглы и поверхности, силы прижима иглы к поверхности, скорость передвижения иглы по поверхности.

Методом кинетического фазового контраста АСМ получены изображения распределения примесей меди и золота по поверхности кремния в атмосферных условиях. На основании результатов исследования подана заявка на изобретение. Изобретение относится к анализу материалов, а именно к способам анализа трения в наноразмерных масштабах на поверхности твердых тел посредством использования фазового контраста атомно-силовой микроскопии, в частности, к способам измерения трения на поверхности твердых тел.

Список
литературы

1. Tamayo J., Garcia R.
Effects of elastic and inelastic interactions on phase contrast images in tapping-mode scanning force microscopy // Appl. Phys. Lett. 1997. V. 71. P. 2374.

2. Martinez
N. F., Garcia R.
Measuring phase shifts and energy dissipation with amplitude modulation atomic force microscopy // Nanotechnology 2006. V.17. P. S167-S172