Рис. 35. Схема БОМ, в якому засвітка зразка та прийом випромінювання здійснюються за допомогою одного і того ж зонда
Таке поєднання бліжнепольного джерела з бліжнепольним приймачем є досить багатообіцяючим методом, що забезпечує дуже високу просторову роздільну здатність. Однак у даній схемі випромінювання двічі проходить через субволновое отвір. Це призводить до того, що приходить на фотоприймач сигнал має дуже низьку інтенсивність, і потрібні високочутливі методи його реєстрації. Сполучення СБОМ з оптичним монохроматором дозволяє проводити локальні спектроскопічні дослідження зразків. Основні області застосування бліжнепольних оптичних мікроскопів - це дослідження локальних оптичних і фотоелектричних властивостей напівпровідникових фоточутливих структур, дослідження біологічних об'єктів, нанотехнологія.
2. Дослідження поверхні кремнію з використанням скануючого зондового мікроскопа NanoEducator.
.1 Конструкція і принцип роботи скануючого зондового мікроскопа NanoEducator
На Рис. 36 представлений зовнішній вигляд вимірювальної головки СЗМ NanoEducator і позначені основні елементи приладу, використовувані при роботі. На Рис. 37 представлена ??конструкція вимірювальної головки. На основаніі1 розташовані сканер 7 з тримачем зразка 6 і механізм підведення 2 на основі крокового двигуна. Підведення зонда 5, закріпленого на датчику взаємодії 4, до зразка можна також здійснювати за допомогою гвинта ручного підведення 3. Попередній вибір місця дослідження на зразку здійснюється за допомогою гвинта 8.
На Рис. 38 представлена ??функціональна схема приладу. NanoEducator складається з вимірювальної головки, електронного блоку, сполучних кабелів і керуючого комп'ютера. Відеокамера зображена як окремий пристрій, поєднане з комп'ютером. Сигнал від датчика взаємодії після перетворення в передпідсилювачі надходить у СЗМ контролер. Керуючі сигнали від електронного блоку надходять у вимірювальну головку. Управління електронним блоком здійснюється від комп'ютера через контролер зв'язку з PC.
Рис. 36. Зовнішній вигляд вимірювальної головки СЗМ NanoEducator 1 - підстава, 2 - тримач зразка, 3 - Датчик взаємодії, 4 - гвинт фіксації датчика, 5 - гвинт ручного підвода, 6 - гвинти переміщення сканера із зразком, 7 - захисна кришка з відеокамерою
Рис. 37. Конструкція СЗМ NanoEducator:
- підстава, 2 - механізм підвода, 3 - гвинт ручного підвода, 4 - датчик взаємодії, 5 - гвинт фіксації датчика, 6 - зонд, 7 - тримач зразка, 8 - сканер, 9, 10 - гвинти переміщення сканера із зразком
Рис. 38. Функціональна схема приладу. NanoEducator
Універсальний датчик тунельного струму і силового взаємодії
У приладі NanoEducator застосовується універсальний датчик тунельного струму і модуляционного силового взаємодії. Датчик виконаний у вигляді п'єзокерамічної трубки довжиною l=7 мм, діаметром d=1.2 мм і товщиною стінки h=0.25 мм, жорсткозакріпленими з одного кінця. На внутрішню поверхню трубки нанесений проводить електрод. На зовнішню поверхню трубки нанесені дві електрично ізольованих напівциліндричних електрода. До вільного кінця трубки прикріплена вольфрамова дріт діаметром100 мкм (Рис. 39).
Рис. 39. Конструкція універсального датчика приладу NanoEducator
Вільний кінець дроту, яка використовуватиметься як зонда, заточений електрохімічно, радіус закруглення має величину 0.2? 0.05 мкм. Зонд має електричний контакт з внутрішнім електродом трубки, сполученим з заземленим корпусом приладу. При вимірюванні тунельного струму пьезотрубка грає роль жорсткої пасивної консолі. Електричне зміщення прикладається до зразком щодо заземленого зонда (Мал. 40). Перетворювач, зображений на малюнку, виробляє електричну напругу Uт, обуславливающее протікання тунельного струму I і видає напругу U пропорційне цьому струму в електронний блок.
Рис. 40. Принцип реєстрації тунельного струму
В якості датчика силового взаємодії одна частина п'єзоелектричної трубки використовується як пьезовібратор, а інша - як датчик механічних коливань (Мал. 41). До пьезовібратору підводиться змінна електрична напруга з частотою, рівною резонансній частоті силового датчика. Амплітуда коливань при великій відстані зонд-зразок максимальна. Як видно з Рис. 42, в процесі коливань зонд відхиляється від рівноважного положення на величину А0, рівну амплітуді його вимушених механічних коливань (вона становить часткимікрона), при цьому на другій частині пьезоелемента (датчику коливань) виникає змінна електрична напруга, пропорційне зміщенню зонда, яке і вимірюється приладом.
При наближенні зонда до поверхні зразка зонд починає торкатися зразка в процесі коливань. Це призводить до зміщення амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) коливань датчика вліво в порівнянні з АЧХ, виміряної далеко від поверхні (Р...
