Исследование углеродных наноструктур комбинированным методом атомно-силовой микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния

• Автор: Щекин, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание
1 Введение

2 Литературный обзор

2.1 Конфокальная микроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния углеродосодержащих структур

2.2 Эффект гигантского рассеяния света на зонде АСМ

3 Объекты исследования и техника эксперимента

3.1 Атомно-силовая микроскопия: принцип измерений и область применения

3.2 Конфокальная микроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния

3.3 Комбинация атомно-силового микроскопа и конфокального микроскопа комбинационного рассеяния
3.4 Модификация измерительной оптической АСМ-головки для работы в спектральном диапазоне 400-1050 нм
3.5 Экспериментальные особенности аттестации углеродных наноструктур комбинированным методом АСМ и КР-спектроскопии
3.5.1 Графен
3.5.2 Углеродные нанотрубки
3.5.3 Аморфные формы углерода
4 «Классические задачи» комбинированной АСМ-КР микроскопии
4.1 Колоннообразные дефекты в монокристаллах графита. Аттестация структур методами атомно-силовой микроскопии и КР-спектроскопии, периодические по магнитноу полю осцилляции магнетосопротивления

4.2 Исследование структуры углеродных формирований зондов И8С01_ИЬС и ИБС05_10°
4.3 Аттестация углеродных нановолокн и нанокластеров, полученных при лазерном воздействии на углеродные мишени во внешнем электрическом поле
4.4 Комбинация АСМ и КР-спектроскопии при исследовании графена
4.5 Исследование качества образцов графена, полученных утонь-шением графитовой пленки в плазменном разряде
4.6 Выводы
5 Гигантское комбинационное рассеяние света на зонде атомносилового микроскопа
5.1 Эффект ГКР на АСМ зонде: экспериментальные предпосылки
5.2 Методика подготовки АСМ-зондов для экспериментов с ГКР света
5.3 Резонансное усиление КР-сигнала при взаимодействии с поверхностными плазмонами АСМ зонда. Влияние амплитуды осцилляции АСМ-зонда на коэффициент усиления КР-сигнала
5.4 Зависимость коэффициента усиления КР-сигнала от длины волны излучения накачки
5.5 Зависимость коэффициента усиления КР-сигнала от поляризации излучения накачки
5.6 Измерение КР-карт графеновой пленки на подложке оксида кремния в режиме ГКР с субдифракционным латеральным разрешением
5.7 Экспериментальные артефакты режима ГКР на АСМ зонде

5.7.1 Эффект усиления КР-сигнала при многократном пе-реотражении излучения накачки между поверхностью образца и металлизированной поверхностью зонда АСМ
5.7.2 Эффект «наведенного» рельефа поверхности образца
5.7.3 Эффект локального нарушения поляризации поля КРС на АСМ зонде
5.8 Выводы
6 Заключение

• Набор лазеров в спектральном диапазоне 450-650 нм для выбора спектрального положения максимума усиления КР-сигнала
• Конфокальная схема сбора сигнала рассеяния базируется на объективе с высокой числовой апертурой.
• Возможность прецизионного (точность не хуже 10 нм) позиционирования СЗМ-зонда относительно лазерного пятна
• Выбор геометрии фотовозбуждения, обеспечивающей наличие перпендикулярной поверхности образца компоненты поляризации накачки
• Возможность прецизионного позиционирования образца в плоскости ХУ для получения ГКР- и конфокальных КР-карт исследуемого образца
В рамках данной диссертационной работы эффект ГКР впервые демонстрируется на непрозрачных образцах при работе с металлизированным кремниевым АСМ-зондом. Непрозрачность образца наклыдавает серьезное ораничение на геометрию экспериментальной установки: АСМ-зонд и объектив, фокусирующий поле накачки расположены с одной стороны от поверхности образца. При этом зонд необходимо располагать в зазоре между объективом и поверхностью образца, что конструктивно накладывает ограничение на максимальную числовую апертуру объектива (ЮОх, 0.7 ИА) и приводит к затенению части апертуры держателем АСМ-зонда. Помимо этого, усиленный КР-сигнал локализован непосредственно под острием иглы и большая часть его не попадает в апертуру объектива и, как следствие, не детектируется. В связи с этим интегральное усиление интенсивности КР-сигнала в геометрии на отражение на порядки более слабое, чем в инвертированной геометрии и вклад ГКР сигнала становится сравним со вкладом сигнала дальнего поля, собранного со всего сфокусированного лазерного пятна. Высокий фон сигнала