Skanedici zond mikroskopu (SZM) vasitəsilə nümunə səthinin topoqrafiyasının
alınması. Təcrübənin nəticələrinin işlənməsi
Skanedici zond mikroskopunun əsasları
Bərk cisimlərin səthlərinin öyrənilməsinin əsaslı tədqiqi
üçün çoxlu sayda müxtəlif üsullar mövcuddur. Mikroskoplar
hələ XV əsrdən şəkillərin böyüdülməsi üçün istifadə olunur.
Həmin vaxtlarda həşəratları öyrənmək üçün sadə böyüdücü
şüşələr hazırlanmışdı. XVII əsrin sonunda Antonio van
Levenhuk optik mikroskop hazırlamış və bu hüceyrələrin
mövcudluğunu, xəstəlik törədici mikroblar və bakteriyaların
varlığını aşkar etməyə imkan vermişdir. Artıq XX əsrdə
elektron və ion dəstələri vasitəsi ilə işləyən mikroskoplar
hazırlanmışdır.
Bütün sadalanan mikroskopiya üsullarında belə prinsip
tətbiq olunur: tədqiq olunan obyektin hissəciklər seli vasitəsilə
işıqlandırılması və onun növbəti çevirmələri. Skanedici zond
mikroskoplarında başqa prinsip istifadə olunur-hissəciklərlə
zondlama əvəzinə mexaniki zond-iynə istifadə olunur[5]. Belə
demək olar ki, əgər optik və elektron mikroskoplarında
nümunəyə baxılırsa, SZM-də isə nümunə səthini toxunmaqla
öyrənirlər.
SZM üsulunda tətbiq olunan başqa əsas prinsip skanedici
prinsipdir, yəni tədqiq olunan obyekt haqqındakı alınmış
məlumat diskret xarakterlidir(nöqtədən nöqtəyə, xətdən xəttə
kimi). Zond yerini dəyişərək hər bir nöqtədə səth haqqında
məlumatı skan edərək oxuyur.
Skanedici zond mikroskopunun ümumi konstruksiyası
SZM aşağıdakı əsas hissələrdən ibarətdir(Şəkil 1-1): 1-
zond; 2-nümunə; 3-tədqiq olunan nümunənin səthi üzərində
zondun yerini dəyişmək üçün x, y, z pyezoelektrik mühərrik;
4-zondun üfüqi müstəvidə skanetməni təmin edən x və y
pyezoqurğuya gərginlik verən generator; 5-zondla nümunə
arasında qarşılıqlı təsirin lokal qiymətini təyin edən elektron
sensor; 6-sensor dövrəsindəki V(t) cari siqnalı başlanğıcda
verilən VS-lə müqayisə edən və V(t)-nin kənəraçıxmaları
9
“Nanotexnologiyadan laboratoriya işləri”. Dərs vəsaiti
zamanı korrektəedən V
fb
siqnallarını yaradan komparator; 7- z
oxu üzrə zondun vəziyyətini idarə edən əks əlaqə elektron
dövrəsi; 8-skanetmə prosesini idarə edən kompüter; 9-skan
edilmiş şəkil.
Şəkil 1-1. Skanedici zond mikroskopunun ümumi sxemi.
1- zond; 2 - nümunə; 3 - pyezoelektrik mühərriklər x, y, z;
4 - x, y pyezokeramikaya cərəyan verən generator;
5 - elektron sensor; 6 - komparator; 7 - əks əlaqə elektron
dövrəsi; 8 - kompüter; 9 - z(x, y) şəkilin alınması
Sensorların növləri
Skanedici zond mikroskopunun iş prinsipi zond tədqiq
olunan nümunə səthinə ~
λ
məsafəyə qədər yaxınlaşarkən onlar
arasında yaranan lokal qarşılıqlı təsirin aşkarlanmasına
əsaslanır(burada
λ
- zond-nümunə qarşılıqlı təsirin sönmə
uzunluğudur). Zond-nümunə qarşılıqlı təsirin təbiətindən asılı
olaraq: müxtəlif skanedici tunel mikroskopu (STM tunel
cərəyanını aşkar edir), skanedici qüvvə mikroskopu(SQM
qarşılıqlı təsir qüvvəsini aşkar edir), yaxın sahə skanedici optik
mikroskopu(YSOM elektromaqnit şüalanmasını aşkar edir) və
i.a. kimi növləri vardır. Skanedici qüvvə mikroskopu qarşılıqlı
təsirin xarakterindən asılı olaraq öz növbəsində atom-qüvvə
mikroskopu(AQM), maqnit qüvvə mikroskopu(MQM), elek-
tron qüvvə mikroskopu(EQM) və başqa növlərə bölünür.
Girişdə qeyd olunduğu kimi zond mikroskopiyasının iki
əsas STM və AQM metodları vardir.
10
Skanedici zond mikroskopu (SZM) vasitəsilə nümunə səthinin topoqrafiyasının
alınması. Təcrübənin nəticələrinin işlənməsi
Tunel sensorundakı tunel cərəyanını ölçmək
üçün zond və
nümunə dövrəsinə qoşulmuş cərəyan-gərginlik çeviricisindən
(CGÇ) istifadə olunur. Skanedici zond qoşulmanın iki halı
mümkündür: yerə birləşdirilmiş zonda nəzərən gərginliyin
dəyişməsi nümunəyə verilir və ya yerə birləşdirilmiş nümunəyə
nəzərən gərginliyin dəyişməsi zonda verilir.
Şəkil 1-2. Tunel sensorun sxemi
Ənənəvi qarşılıqlı təsir çeviricisi olaraq silisiumdan hazır-
lanmış konsol və ya kantilever(ingilis dilində cantilever-consol)
(Şəkil 1-3) istifadə olunur. Kantileverin sonunda nümunə və
zond arasında qarşılıqlı təsir qüvvəsinin nəticəsi kimi meydana
çıxan, kantileverin əyilməsinin qiymətini qeyd edən optik sxem
yerləşmişdir.
Qüvvə mikroskopiyasının yerinə yetirilməsinin kontakt,
kontaktsız və qismən kontakt(yarım kontakt) üsulları mövcud-
dur. Kontakt üsulundan istifadə edilməsi zamanı zond nümunə
səthinə toxunur. Kontakt qüvvənin təsiri nəticəsində kantilever
əyilir və ondan əks olunan lazer şüaları kvadratik fotodetek-
torun mərkəzinə nəzərən sürüşür. Beləliklə, kantileverin əyil-
məsi meyli fotodetektorun yuxarı və aşağı yarım hissəsinin
işıqlanmasının nisbi dəyişməsinə nəzərən təyin olunur.
Kontaktsız üsulun istifadə olunması zamanı zond nümunə-
nin səthində kənarda olur və bu zaman cəzbetmə qüvvələrinin
təsir oblastında yerləşir. Cəzbetmə qüvvələri və onların
11