Тема: Исследование рельефа селенида цинка с помощью сканирующего туннельного микроскопа

Микроскопия является одним из самых интересных научных методов исследования. Осознание малых размеров привело к новому пониманию структур материалов для человека, и объяснение форм жизни того или иного существа, если бы дело касалось живого мира. Но не менее увлекательным является исследование морфологии поверхностей твердых тел, чтобы вы¬явить конкретные свойства того или иного материала для оптимального его использования.
В современное время все большую популярность приобрела минимизация технологий, например, все те же персональные компьютеры, гаджеты, роботы, схемы. С помощью сканирующего туннельного микроскопа (в дальнейшем СТМ) можно заглянуть в увлекательный мир атомов. Это совершен¬но новый метод микроскопии работает без фокусирующих элементов и имеет атомное разрешение.
Актуальность данной темы в том, что наноструктурированная поверхность и происходящие на ней явления (например, адсорбция и катализ) вызывают все возрастающий интерес исследователей, инженеров и технологов. В большинстве случаев морфология поверхности определяет эксплуатационные и физико-химические свойства материала. Так, значительное увеличение скоростей определенных химических взаимодействий на поверхности происходит в присутствии катализаторов, у которых активность непосредственно связана с морфологией поверхности и дисперсностью.
Большинство методов по исследованию морфологии поверхности на микро- и наноуровневом масштабе, таких как рентгеновская и ионная дифракция, дифракция медленных электронов, электронная ожеспектроскопия позволяют получить только усредненную по поверхности образца картину расположения атомов и не дают информации о высоте и форме поверхностных структурных элементов. Более того, использование этих методов не дает возможности в деталях разглядеть морфологию поверхностной структуры,требует высокого вакуума, а также не исключают изменений поверхности образца. Например, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), которая позволяет увидеть псевдотрёхмерное изображение наноструктурных объектов, не может дать истинного трёхмерного пространственного представления о рельефе, а для получения высокого разрешения требует высокого вакуума и организации электропроводящего покрытия, деформирующего анализируемую поверхность.
Целью данной работы является изучение изображения рельефа поверхности кристалла селенида цинка с помощью сканирующего туннельного микроскопа, сравнение его с изображениями рельефа, полученными с помощью атомно-силового и электронного микроскопов. Определение физических свойств поверхности кристалла ZnSe.
Научный интерес к изучению структуры и свойств наносистем обусловлен проявлением размерных эффектов. Свойств наночастиц и нанокристаллов, размеры которых соизмеримы или меньше, чем характерный корреляционный масштаб, фигурирующий в теоретическом описании физического явления, резко отличаются от свойств массивных материалов. Изменения свойств материалов при переходе в нанокристаллическое состояние открывают перспективы при создании материалов и структурных элементов нанометрового размера.
Купить

Выполнен эксперимент по исследованию рельефа поверхности селенида цинка ZnSe. Анализ полученных данных еще раз выявил тот факт, что для получения наилучшего изображения поверхности исследуемого материала с помощью сканирующей туннельной микроскопии, необходимо, чтобы исследуемая поверхность обладала хорошей электропроводимостью. Это связано с тем, что при взаимодействии острия иглы СТМ с поверхностью должен протекать туннельный ток. В нашем случае, при нормальных условиях туннельный ток практически не наблюдался, так как селенид цинка - это классический полупроводник, у которого в свободном состоянии нет свободных электронов. Следовательно, сканирование поверхности такого объекта практически не возможно. Это заметно из пустой картины, полученного при сканировании. Для того, чтобы селенид цинка стал проводить электрический ток, необходимо увеличить поверхностную плотность носителей свободного заряда. Это можно сделать следующими способами: нагреванием образца, излучением ультрафиолетовыми волнами либо электризацией образца. Все способы кроме освещения солнечным светом, являются технологически сложными. Удалось частично получить изображение поверхности селенида цинка при одновременном освещении образца ультрафиолетовым излучением, и сканированием с помощью СТМ.
Полученный скан изображения практически совпадает с изображением полученным с помощью атомно-силового микроскопа. Что еще раз подтверждает однообразие структуры селенида цинка.
Вывод: В работе была рассмотрена методика исследования поверхностей с помощью сканирующего туннельного микроскопа Nanosurf EasyScan 2. Данный прибор, на основе кафедры физики ТувГУ был впервые введен в эксплуатацию. Но, атомарное разрешение морфологии поверхности селенида цинка нам не удалось получить вследствие следующих факторов, таких как высокая чувствительность прибора к перепадам температуры.
Если бы можно было бы каким-то способом применить вышеперечисленные способы для сканирования селенида цинка, то можно было бы под-твердить или получить более новую информацию о рельефе.

Купить