探針顯微技術(shù)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1探針顯微探針顯微(xin wi)技術(shù)技術(shù)第一頁，共56頁。第二代為電子顯微鏡第二代為電子顯微鏡 20世紀(jì)三十年代早期盧斯卡（E.Ruska）發(fā)明了電子顯微鏡，使人類能”看”到病毒等亞微米的物體，它與光學(xué)顯微鏡一起成了微電子技術(shù)的基本(jbn)工具。掃描電子顯微鏡（橫向分辨率35nm），不能用來直接觀察分子和原子。第2頁/共56頁第二頁，共56頁。第三代為掃描第三代為掃描(somio)(somio)探針顯微鏡探針顯微鏡 也可簡稱為納米顯微鏡。1981年葛賓尼和羅雷爾發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（STM），使人類實(shí)現(xiàn)了觀察單個(gè)原子的原望；1985年比尼格應(yīng)奎特（）發(fā)明了可適用于非導(dǎo)電樣品的原子力顯

2、微鏡（AFM），也具有原子分辨率，與掃描隧道顯微鏡一起構(gòu)建了掃描探針顯微鏡（SPM）系列。掃描探針技術(shù)（STM橫向0.10.2 nm，縱向0.01nm）,可以直接觀察分子、原子。 STM使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子(dinz)行為有關(guān)的物化性質(zhì)，在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景，被國際科學(xué)界公認(rèn)為20世紀(jì)80年代世界十大科技成就之一為表彰STM的發(fā)明者們對科學(xué)研究所作出的杰出貢獻(xiàn)，1986年賓尼和羅雷爾被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金第3頁/共56頁第三頁，共56頁。第4頁/共56頁第四頁，共56頁。三代三代(sn di)(

3、sn di)顯微鏡的觀察范圍及典型物體顯微鏡的觀察范圍及典型物體 第5頁/共56頁第五頁，共56頁。掃描掃描(somio)探針顯微鏡的特點(diǎn)探針顯微鏡的特點(diǎn) 透射電鏡點(diǎn)分辨(0.30.5nm)晶格分辨(0.10.2nm) 高真空 室溫 小 接近SEM,但實(shí)際上為樣品厚度所限，一般小于100nm. 掃描電鏡610nm 高真空 室溫 小 10mm (10倍時(shí))1m (10000倍時(shí)) 場離子顯微鏡 原子級 超高真空 3080K 有 原子厚度 第6頁/共56頁第六頁，共56頁。第7頁/共56頁第七頁，共56頁。第8頁/共56頁第八頁，共56頁。第9頁/共56頁第九頁，共56頁。第10頁/共56頁第十頁

4、，共56頁。第11頁/共56頁第十一頁，共56頁。第12頁/共56頁第十二頁，共56頁。第13頁/共56頁第十三頁，共56頁。隧道電流的變化隧道電流的變化(binhu)(binhu)曲線曲線 R o 與 樣 品 表 面 相 關(guān) 的 參 數(shù)與 樣 品 表 面 相 關(guān) 的 參 數(shù)(cnsh)；Z有有0.1nm的變化；的變化； IT即有數(shù)量級的變化即有數(shù)量級的變化隧道電流隧道電流(dinli)(dinli)的變化曲線的變化曲線 第14頁/共56頁第十四頁，共56頁。第15頁/共56頁第十五頁，共56頁。第16頁/共56頁第十六頁，共56頁。第17頁/共56頁第十七頁，共56頁。第18頁/共56頁第十

5、八頁，共56頁。第19頁/共56頁第十九頁，共56頁。第20頁/共56頁第二十頁，共56頁。第21頁/共56頁第二十一頁，共56頁。第22頁/共56頁第二十二頁，共56頁。第23頁/共56頁第二十三頁，共56頁。第24頁/共56頁第二十四頁，共56頁。第25頁/共56頁第二十五頁，共56頁。第26頁/共56頁第二十六頁，共56頁。第27頁/共56頁第二十七頁，共56頁。第28頁/共56頁第二十八頁，共56頁。第29頁/共56頁第二十九頁，共56頁。第30頁/共56頁第三十頁，共56頁。第31頁/共56頁第三十一頁，共56頁。nTCNQ通過給受體之間部分通過給受體之間部分電荷電荷(dinh)移形

6、成復(fù)合物晶體移形成復(fù)合物晶體分解溫度為分解溫度為195，當(dāng)施加于，當(dāng)施加于STM的的Pt-Ir針尖上的為針尖上的為6V，停，停留在局部留在局部100s時(shí)，即可燒出時(shí)，即可燒出56nm，深為，深為17 nm的孔，以這的孔，以這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。第32頁/共56頁第三十二頁，共56頁。第33頁/共56頁第三十三頁，共56頁。廣，可以在空氣、真空、滲液廣，可以在空氣、真空、滲液等條件下進(jìn)行測定，從測試內(nèi)等條件下進(jìn)行測定，從測試內(nèi)容也更加豐富，除了觀察各種容也更加豐富，除了觀察各種材料的表面結(jié)構(gòu)，還可以研究材料的表面結(jié)構(gòu)，還可以研究材料硬度、強(qiáng)性、塑性、摩擦材料硬度、強(qiáng)性、塑性、

7、摩擦等力學(xué)性能，同時(shí)等力學(xué)性能，同時(shí)(tngsh)還還能進(jìn)行原子、分子的操縱（移能進(jìn)行原子、分子的操縱（移動(dòng)）、納米尺寸的結(jié)構(gòu)加工和動(dòng)）、納米尺寸的結(jié)構(gòu)加工和超高密度信息存儲等。超高密度信息存儲等。第34頁/共56頁第三十四頁，共56頁。時(shí)，變成范德華斥力，一般為時(shí)，變成范德華斥力，一般為10-8-10-6N。第35頁/共56頁第三十五頁，共56頁。原子間范德華力第36頁/共56頁第三十六頁，共56頁。第37頁/共56頁第三十七頁，共56頁。第38頁/共56頁第三十八頁，共56頁。第39頁/共56頁第三十九頁，共56頁。第40頁/共56頁第四十頁，共56頁。第41頁/共56頁第四十一頁，共56頁。第42頁/共56頁第四十二頁，共56頁。第43頁/共56頁第四十三頁，共56頁。第44頁/共56頁第四十四頁，共56頁。第45頁/共56頁第四十五頁，共56頁。第46頁/共56頁第四十六頁，共56頁。第47頁/共56頁第四十七頁，共56頁。a）未熱處理薄膜樣品b）熱處理薄膜樣品第48頁/共56頁第四十八頁，共56頁。第49頁/共56頁第四十九頁，共56頁。第50頁/共56頁第五十頁，共56頁。第51頁/共56頁第五十一頁，共56