Сканирующая зондовая микроскопия твердотельных наноструктур

• Автор: Миронов, Виктор Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 395 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Методы сканирующей зондовой микроскопии и их применение для исследования наномасштабных свойств поверхности и тонкопленочных структур

(Описание методов СЗМ и обзор литературы)

1.1. Сканирующая туннельная микроскопия

1.2. Атомно-силовая микроскопия

1.3. Магнитно-силовая микроскопия

1.4. Комплекс сканирующих зондовых микроскопов

1.5. Применение методов атомно-силовой микроскопии

для исследования шероховатости поверхности

1.6. Применение методов фотоассистированной СЗМ

для исследования полупроводниковых структур
1.7. Магнитно-силовая микроскопия субмикронных ферромагнитных частиц
1.8. Выводы
ГЛАВА 2. Исследование наномасштабных шероховатостей поверхности
методами сканирующей зондовой микроскопии
2.1. Сравнительные исследования шероховатостей методами атомно-силовой микроскопии и рентгеновской
рефлектометрии
2.1.1. Определение параметров шероховатостей поверхности
на основе данных рентгеновской рефлектометрии
2.1.2. Определение параметров микрорельефа поверхности методом АСМ
2.1.3. Сопоставление диапазонов пространственных частот, регистрируемых АСМ и РРМ
2.1.4. Методика экспериментов

2.1.5. Сравнение оценок среднеквадратичной шероховатости, сделанных на основе АСМ данных и по угловым зависимостям зеркальной компоненты
рассеянного излучения
2.1.6. Сравнение оценок радиуса корреляции и параметра Херста, сделанных на основе АСМ данных и
по угловым зависимостям диффузной компоненты рассеянного излучения
2.2. Исследования шероховатостей комбинированных подложек полимер-стекло, получаемых методом репликации эталонных поверхностей тонкими слоями полимерных материалов
2.3. Выводы
ГЛАВА 3. Исследование локальных свойств полупроводниковых гетероструктур ОаАв/СаХпАв методами зондовой
микроскопии
3.1. Комбинированный сканирующий туннельный / ближнепольный оптический микроскоп
3.2. Исследование локального фототока в полупроводниковых структурах ОаАз/СаГпАз с квантовыми ямами и точками
3.3. Исследование локальной фотолюминесценции в гетероструктурах СаАз/СайтАя с квантовыми ямами
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. Магнитно-силовая микроскопия ферромагнитных
наночастиц
4.1. Образцы и методика эксперимента
4.2. Вихревые состояния и состояния с однородной намагниченностью в наночастицах эллиптической формы
4.3. МСМ исследования состояний намагниченности
в двухслойных ферромагнитных наночастицах

4.4. Магнитно-силовая микроскопия трехслойных наночастиц
4.4.1. Геликоидальные состояния намагниченности
в трехслойных наночастицах
4.4.2. Экспериментальные МСМ исследования
трехслойных ианочастиц
4.5. Магнитно-силовая микроскопия слабокоэрцитивных ферромагнитных наночастиц
4.5.1. Моделирование МСМ контраста слабокоэрцитивных
частиц
4.5.2. Экспериментальные МСМ исследования слабокоэрцитивных наночастиц Со
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. Исследования индуцированных магнитным полем МСМ зонда процессов неремагннчивания
ферромагнитных наночастиц
5.1. Влияние поля зонда магнитно-силового микроскопа на распределение намагниченности в исследуемых образцах
5.2. Исследование индуцированных магнитным полем МСМ зонда переходов между состояниями с однородной намагниченностью в субмикронных частицах Fe-Cr
5.3. Взаимодействие магнитного вихря с полем зонда магнитно-силового микроскопа
5.3.1. Энергия взаимодействия магнитного вихря
с полем точечного зонда
5.3.2. Компьютерное моделирование движения
вихря в поле зонда
5.4. Экспериментальные исследования индуцированных магнитным полем МСМ зонда переходов между однородным и вихревым состояниями намагниченности в эллиптических частицах Со

АеУлг' 2У л
у, = л ехр(-Адд; - (>* + ек; і
(і.б)

Наконец, пренебрегая членом и К по сравнению с (р выражение для плотности тока можно записать следующим образом:
Для оценок и качественных рассуждений часто пользуются упрощенной формулой
в которой величина у „ (V) считается не зависящей от изменения расстояния зонд-образец. Для типичных значений работы выхода (<р ~ 4 эВ) значение константы
порядок. Реальный туннельный контакт в СТМ не является одномерным и имеет более сложную геометрию, однако основные черты туннелирования, а именно экспоненциальная зависимость тока от расстояния зонд-образец, сохраняются также п в более сложных моделях, что подтверждается экспериментально.
Для больших напряжений смещения (еУ > (р ) из выражения (1.4) получается хорошо известная формула Фаулера-Нордгейма для полевой эмиссии электронов в вакуум [15]:
Экспоненциальная зависимость туннельного тока от расстояния (1.8) позволяет осуществлять регулирование расстояния между зондом и образцом в туннельном микроскопе с высокой точностью. СТМ представляет собой электромеханическую систему с отрицательной обратной связью. Система обратной связи (ОС) поддерживает величину туннельного тока между зондом и образцом на заданном уровне (/0), выбираемом оператором. Контроль величины туннельного тока, а следовательно, и расстояния зонд-поверхность осуществляется
(1.8)
затухания к — 2 А'1, так что при изменении лг на величину ~ 1 А ток меняется на
_ е'У2 %п4їт((р у ьг
~ш<р '(Ъ.гуехр Зеку
(1.9)