Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / КУРСОВАЯ РАБОТА, БИОТЕХНОЛОГИЯ

Сканирующие элементы зондовых микроскопов.

irina_krut2019 180 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 15 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 29.12.2019
Сканирующая зондовая микроскопия представляет собой совокупность большого числа экспериментальных методов по изучению структуры и свойств поверхности, как на микроуровне, так и на уровне отдельных молекул и атомов. Сканирующий зондовый микроскоп измеряет параметры поверхности в небольшой локальной зоне нанометровых размеров вблизи острия зонда. Постепенно перемещая зонд вдоль исследуемой поверхности удается получить представление о свойствах области, размер которой может быть от сотни нанометров до десятков и сотен микрон.
Введение

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) – один из мощных современных методов исследования морфологии и локальных свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением. За последние 10 лет сканирующая зондовая микроскопия превратилась из экзотической методики, доступной лишь ограниченному числу исследовательских групп, в широко распространенный и успешно применяемый инструмент для исследования свойств поверхности. В настоящее время практически ни одно исследование в области физики поверхности и тонкопленочных технологий не обходится без применения методов СЗМ. Развитие сканирующей зондовой микроскопии послужило также основой для развития новых методов в нанотехнологии – технологии создания структур с нанометровыми масштабами [1].
Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3 1 Сканирующие элементы (сканеры) зондовых 4 1.1 Нелинейность пьезокерамики 9 1.2 Крип пьезокерамики 10 1.3 Гистерезис пьезокерамики 10 2 Устройства для прецизионных перемещений зонда и образца 12 3 Применение зондовых микроскопов. Достоинства и недостатки СЗМ 14 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 16
Список литературы

1. Володин А.П. Сканирующая микроскопия [Текст] / А. П. Володин. – Москва : Наука, 1998. – 114 с. 2. Миронов, В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии [Текст]: учеб. пособие / В.Л. Миронов. – Москва : Техносфера, 2009. – 144 с. 3. Дедкова Е. Г. Приборы и методы зондовой микроскопии [Текст] / Е. Г. Дедкова [и др.].– Москва : МФТИ, 2011.– 160 с. 4. Рыков С. А. Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых материалов [Текст] / С. А. Рыков, – СПБ: Наука, 2001, – 53 с. 5. Быков В. А., Лазарев М. И. Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности [Текст] / В. А. Быков, М. И. Лазарев // Электроника: наука, технология, бизнес, 1997. – №5. – С. 7 – 14.
Отрывок из работы

1 Сканирующие элементы (сканеры) зондовых микроскопов Для работы зондовых микроскопов необходимо контролировать рабочее расстояние зонд-образец и осуществлять перемещения зонда в плоскости образца с высокой точностью (на уровне долей ангстрема). Эта задача решается с помощью специальных манипуляторов - сканирующих элементов (сканеров). Сканирующие элементы зондовых микроскопов изготавливаются из пьезоэлектриков – материалов, обладающих пьезоэлектрическими свойствами. Пьезоэлектрики – диэлектрики, в которых наблюдается пьезоэффект, то есть те, которые могут либо под действием деформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности (прямой пьезоэффект), либо под влиянием внешнего электрического поля деформироваться (обратный пьезоэффект). Пьезоэлектрики изменяют свои размеры во внешнем электрическом поле. Уравнение обратного пьезоэффекта для кристаллов записывается в виде: u_ij=d_ijk E_k где u_ij - тензор деформаций, E_k - компоненты электрического поля, d_ijk –компоненты тензора пьезоэлектрических коэффициентов. Вид тензора пьезоэлектрических коэффициентов определяется типом симметрии кристаллов. Рисунок 1 – Пластина из пьезокерамики во внешнем электрическом поле В различных технических приложениях широкое распространение получили преобразователи из пьезокерамических материалов. Пьезокерамика представляет собой поляризованный поликристаллический материал, получаемый методами спекания порошков из кристаллических сегнетоэлектриков. Поляризация керамики производится следующим образом. Керамику нагревают выше температуры Кюри (для большинства пьезокерамик эта температура менее 300°С), а затем медленно охлаждают в сильном (порядка 3 кВ/см) электрическом поле. После остывания пьезокерамика имеет наведенную поляризацию и приобретает способность изменять свои размеры (увеличивать или уменьшать в зависимости от взаимного направления вектора поляризации и вектора внешнего электрического поля). Основные характеристики используемых в технике керамических материалов можно найти в книге [2]. Пьезокерамики представляют собой пьезоэлектрические текстуры. Вид тензора пьезоэлектрических констант для пьезокерамик существенно упрощается - отличными от нуля являются только три коэффициента d33, d31, d15, характеризующие продольные, поперечные (по отношению к вектору поляризации) и сдвиговые деформации. Рассмотрим плоскую пластину из пьзокерамики (рисунок 1) во внешнем поле. Пусть вектор поляризации P ? и вектор электрического поля E ? направлены вдоль оси X. Тогда, обозначая d|| = d33 и d? = d31, получаем, что деформации пьезокерамики в направлении, параллельном полю, равна u_xx=d_(||) E_x, а в перпендикулярном полю направлении u_rr=d_? E_x. В сканирующей зондовой микроскопии широкое распространение получили трубчатые пьзоэлементы (рисунок 2). Они позволяют получать достаточно большие перемещения объектов при относительно небольших управляющих напряжениях. Трубчатые пьезоэлементы представляют собой полые тонкостенные цилиндры, изготовленные из пьезокерамических материалов. Обычно электроды в виде тонких слоев металла наносятся на внешнюю и внутреннюю поверхности трубки, а торцы трубки остаются непокрытыми. Рисунок 2 – Трубчатый пьезоэлемент Под действием разности потенциалов между внутренним и внешним электродами трубка изменяет свои продольные размеры. В этом случае продольная деформация под действием радиального электрического поля может быть записана в виде: u_xx=?x/l_0 d_? E_x, где l_0 - длина трубки в недеформированном состоянии. Абсолютное удлинение пьезотрубки равно ?x=d_? l_0/h V, где h – толщина стенки пьезотрубки, V - разность потенциалов между внутренним и внешним электродами. Таким образом, при одном и том же напряжении V удлинение трубки будет тем больше, чем больше ее длина и чем меньше толщина ее стенки. Соединение трех трубок в один узел (рисунок 3) позволяет организовать прецизионные перемещения зонда микроскопа в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Такой сканирующий элемент называется триподом. Рисунок 3 – Сканирующий элемент в виде трипода, собранный на трубчатых пьезоэлементах Недостатками такого сканера являются сложность изготовления и сильная асимметрия конструкции. На сегодняшний день в сканирующей зондовой микроскопии наиболее широко используются сканеры, изготовленные на основе одного трубчатого элемента. Общий вид трубчатого сканера и схема расположения электродов представлены на рисунок 4. Материал трубки имеет радиальное направление вектора поляризации. Рисунок 4 – Трубчатый пьезосканер Внутренний электрод обычно сплошной. Внешний электрод сканера разделен по образующим цилиндра на четыре секции. При подаче противофазных напряжений на противоположные секции внешнего электрода (относительно внутреннего) происходит сокращение участка трубки в том месте, где направление поля совпадает с направлением поляризации, и удлинение там, где они направлены в противоположные стороны. Это приводит к изгибу трубки в соответствующем направлении. Таким образом, осуществляется сканирование в плоскости X,Y. Изменение потенциала внутреннего электрода относительно всех внешних секций приводит к удлинению или сокращению трубки по оси Z. Таким образом, можно реализовать трехкоординатный сканер на базе одной пьезотрубки. Реальные сканирующие элементы имеют часто более сложную конструкцию, однако принципы их работы остаются теми же самыми. Широкое распространение получили также сканеры на основе биморфных пьзоэлементов. Биморф представляет собой две пластины пьезоэлектрика, склеенные между собой таким образом, что вектора поляризации в каждой из них направлены в противоположные стороны (рисунок 5). Если подать напряжение на электроды биморфа, как показано на рисунок 5, то одна из пластин будет расширяться, а другая сжиматься, что приведет к изгибу всего элемента. В реальных конструкциях биморфных элементов создается разность потенциалов между внутренним общим и внешними электродами так, чтобы в одном элементе поле совпадало с направлением вектора поляризации, а в другом было направлено противоположно. Рисунок 5 – Устройство биморфного пьезоэлемента Изгиб биморфа под действием электрических полей положен в основу работы биморфных пьезосканеров. Объединяя три биморфных элемента в одной конструкции, можно реализовать трипод на биморфных элементах (рисунок 6). Рисунок 6 – Трехкоординатный сканер на трех биморфных элементах Если внешние электроды биморфного элемента разделить на четыре сектора, то можно организовать движение зонда по оси Z и в плоскости X,Y на одном биморфном элементе (рисунок 7). Рисунок 7 – Схематическое изображение работы биморфного пьезосканера Действительно, подавая противофазные напряжения на противоположные пары секций внешних электродов, можно изгибать биморф так, что зонд будет двигаться в плоскости X,Y (рисунок 7 (а, б)). А изменяя потенциал внутреннего электрода относительно всех секций внешних электродов, можно прогибать биморф, перемещая зонд в направлении Z (рисунок 7 (в, г)) [2].
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Курсовая работа, Биотехнология, 30 страниц
360 руб.
Курсовая работа, Биотехнология, 20 страниц
240 руб.
Курсовая работа, Биотехнология, 19 страниц
150 руб.
Курсовая работа, Биотехнология, 47 страниц
390 руб.
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg