Ближнепольная микроскопия локального оптического отклика поверхности SiC и полупроводниковых наноструктур на основе Si, GaAs и InP

• Автор: Казанцев, Дмитрий Всеволодович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 216 с. : ил.

Общие принципы

Схемы экспериментов

Теория

Анализ рассеяния света объектом и собирания иглой

Решение обратных задач при восстановлении источника

Технические аспекты сканирующих систем

Особенности взаимодействия иглы с образцом

Системы сканирования и обратная связь

Измерительные приложения микроскопии ближнего ПОЛЯ

“Квазиклассические” изображения

Регистрация “полей утечек”

Спектроскопия люминесценции молекул
Комбинационное рассеяние
Использование 8Ж)М для записи/считывания информации с высокой пространственной
плотностью
Выводы
Глава 1. Конструкции апертурных ЗБЮМ - приборов с заданием рабочей области отверстием
на игле
Сканирующие иглы
Изготовление зондирующих игл в описываемой работе
Сканирующие системы ББЮМ
Низкотемпературная система 81МОМ с «теплым» сканером
Температура кантилевера низкотемпературного 8Ж>М
Сканирующий конфокальный микроскоп на основе вакуумированной низкотемпературной
системы 8>ТОМ
Температура облучаемой области образца в волоконном БЫОМ
Глава 2. Экспериментальные применения 8КЮМ, использующего заостренные
оптоволоконные иглы
Полупроводниковые структуры
Прямое наблюдение явлений переноса в квантовом слое
Спектроскопия выделенной иглой БГЮМ квантовой точки при низкой температуре
Распределение светового поля в микрорезонаторе, наблюдаемое на сколе структуры
Альтернативные методы выделения одиночной квантовой точки для спектроскопии
Выводы по главе
Глава 3. Безапертурный интерференционный микроскоп рассеяния ближним оптическим
полем иглы (в-ЗИОМ, 8ММ)
Физические принципы работы микроскопа рассеяния иглой
Особенности оптических схем интерферометрического выделения сигнала
ближнепольного рассеяния иглой
Конструкция сканирующей головки SNOM ближнепольного рассеяния иглой
Характеристики изготовленной сканирующей головки sSNOM
Выводы по главе
Глава 4. Изображение пространственного распределения диэлектрической проницаемости
поверхности с помощью s-SNOM
Рассеяние света в видимом диапазоне иглой над димерами плазмон-активных
металлических нанодисков на диэлектрической подложке
Изображение в режиме sSNOM скола кремниевых транзисторных структур в среднем ИКдиапазоне рабочих длин волн
Выводы по главе. Возможность контрастного изображения прибором sSNOM материалов
с различными диэлектрическими свойствами
Глава 5. Визуализация надповерхностного электромагнитного поля с помощью s-SNOM.. 126 Общие физические принципы распространения, возбуждения и регистрации
поверхностных фонон-поляритонных волн в полярных кристаллах
Возбуждение и наблюдение бегущей фонон-поляритонной волны на поверхности SiC в
области частот решеточного резонанса кристалла
Закон дисперсии (зависимость наблюдаемой длины волны от частоты) наблюдаемых
поверхностных фонон-поляритонных волн
Распределение амплитуды электромагнитного поля над поверхностью SiC в присутствии
экранирующей возбуждающее излучение металлической маски
Выводы по главе
Глава 6. Системы управления сканированием, поддержанием режима контакта игла-образец
и сбором сигнала
Предусилитель сигнала пьезоэлемента задания вибрации иглы с электронной коррекцией
добротности и емкости пьезоэлемента
Электронный блок управления СКАН-10 микроскопом сканирующего зонда
Программирование управляющих экспериментом систем
Основные результаты и выводы
Выводы
Список публикаций по теме диссертации
Благодарности
Цитируемая литература

Среди экспериментальных методик исследования поверхности, развившихся из сканирующей туннельной микроскопии (STM), видное место занимает сканирующая микроскопия ближнего оптического поля (Scanning Near-field Optical Microscopy - SNOM). Идея метода состоит в том, чтобы ограничить область взаимодействия поверхности образца со светом малой областью в ближней зоне электромагнитного поля квазиточечного источника (детектора). Размер области взаимодействия может быть, как выясняется, достаточно малым, и в частности, позволяет преодолеть дифракционный предел разрешающей способности традиционных оптических (в том числе конфокальных) микроскопов, составляющий доли длины световой волны. Пространственное изображение оптических свойств поверхности обеспечивается в данных приборах за счет прецизионного сканирования пьезоманипулятором, точно так же, как это делается в STM.
В настоящее время опубликовано вероятно уже несколько тысяч работ с применением сканирующего микроскопа ближнего оптического поля. Весьма полный обзор [1] опубликованный в 1994 г., может дать общее представление о данной области.
Общие принципы
Идея преодоления дифракционного барьера пространственного разрешения путем использования диафрагмы малых размеров в непрозрачном экране впервые высказана, по-видимому в [2]. Изобретение сканирующего туннельного микроскопа продемонстрировало возможность сканирования поверхности с субангстремной механической точностью, и дало толчок развитию сканирующей микроскопии ближнего оптического поля. Первые публикации на эту тему появились вскоре после изобретения собственно STM, и среди них можно назвать работы Люиса [3, 4] где, в частности, была продемонстрирована возможность регистрации света, прошедшего через отверстия диаметром 50 нм, сформированные с помощью электронного микроскопа, и работу Поля [5]. Кроме упомянутых выше работ,

PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, немецкий федеральный центр метрологии). Изображение полученной таким образом поверхности зеркал в интерференционном микроскопе (Рис. 25, Рис. 26 и Рис. 27) позволяет убедиться в высоком оптическом качестве изготовленных зеркал.
Рис. 25. Изображение малого (рассеивающего) зеркала двухзеркального объектива, полученное с целью контроля качества обработки поверхности в оптическом интерференционном микроскопе. Изображение получено в присутствии автора.
spiegd-Ol.MMD 160x120
pdner-20 WL: 549.7 nm
2003-04-15 1607 550-25nm
Op: L.J
Area: 816.2x612 2 um Smooth Phase
Sq 147.8 nm
Sa. 79.69 nm
St: 1689 nm
640x480
WL: 538.6 nm
W560-120nm
lArea: 195 1 x 155 6 um 1H: -0.0683 nm
ISt: 498.7 nm
lSa 4.288 nm
-404.6 nm
482.2 nm
spiegd-02.MMD
pdner
2003-04-15 16:10 Op: L.J
Area 816.2 x 612.2 um
166 5 nm 132.7 nm 4717 nm
Wave 560 M
594.7 nm
10X 1QX
SPHERE RS: -9 498 mm SPHERE RS: -9.886 mm
Рис. 26. Изображение малого (рассеивающего) зеркала двухзеркального
объектива, полученное в оптическом интерференционном микроскопе с целью контроля качества обработки поверхности. Изображение получено в
присутствии автора.