Контактная атомно-силовая спектроскопия металлических пленок и диэлектрических материалов

• Автор: Дедкова, Елена Георгиевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ С.

Введение
Глава 1 Применение методов сканирующей зондовой микроскопии 10 для исследования силовых взаимодействий в контактах зонд-поверхность

1.1 Принципы сканирующей зондовой микроскопии

1.2 Контактные квазистатические методы

1.3 Динамические ме тоды

1.4 Типы силовых взаимодействий

1.4.1 Бесконтактные силы

1.4.2 Контактные силы

1.4.3 Капиллярные силы

1.4.4 Силы в пространственно ограниченных жидкостях и 31 адсорбированных жидких слоях
1.5 Экспериментальные результаты, полученные методом контактной 32 силовой спектроскопии
1.5.1 Контактные силы и упругие свойства
1.5.2 Определение констант Гамакера
1.5.3 Капиллярные силы и адгезия
1.5.4 Применения сканирующей емкостной микроскопии (СЕМ), 39 микроскопии зонда Кельвина(МЗК) и электростатической силовой микроскопии (ЭСМ)
1.6 Выводы к главе
Глава 2 Методики контактной и бесконтактной силовой микроскопии
2.1 Система управления АСМ в контактном режиме
2.2 Формирование и методика регистрации силовой кривой подвода- 45 отвода (деформация -перемещение)
2.3 Формирование сигналов в динамических режимах бесконтактной и 49 полуконтактной АСМ
2.4 Система управления АСМ в динамическом режиме
2.5 Формирование сигналов в динамических электростатических
режимах зондовой микроскопии
2.6 Механические характеристики зондов
2.7 Подготовка и характеристики образцов
2.8 Выводы к главе
Глава 3 Экспериментальное исследование взаимодействий зонд- 65 поверхность методом контактной силовой спектроскопии (КСС)
3.1 Проблемы калибровки зависимостей фототок -перемещение (сила 65 -перемещение) и выбора оптимальных режимов АСМ
3.2 Топография поверхности материалов и силовые кривые подвода
отвода
3.2.1 Пиролитический графит
3.2.2 Металлические пленки на кремниевых подложках
3.2.3 Искусственный алмаз, поликор, кремний
3.2.4 Полимерные материалы
3.3 Измерения в воде
3.4 Выводы к главе
Глава 4 Обработка результатов измерений силовых кривых подвода- 94 отвода и их теоретическая интерпретация
4.1 Предварительная обработка и статистическое усреднение кривых 94 подвода -отвода (фототок -перемещение)

4.2 Интерпретация контактного участка кривой подвода. Калибровка 100 фототок
4.3 Исследование модулей упругости
4.4 Интерпретация бесконтактного участка кривой подвода
4.4.1 Идентификация электростатических сил и определение формы 119 зонда
4.4.2 Сравнение калибровок фототока по электростатической силе и 124 по контактной линии
4.4.3 Идентификация Ван -дер -Ваальсовых сил и определение
констант Гамакера
4.4.4 Влияние водной (окисной) пленки на измерения ВдВ сил на
воздухе
4.5 Участок адгезионно -капиллярного гистерезиса
4.6 Анализ ошибок измерений
4.7 Выводы к главе
Выводы ко всей работе
Список литературы
Приложение
Приложение

Таблица 1. Константы Гамакера, рассчитанные теоретически, а также измеренные в разных средах с использованием АСМ [36].
Материал 1 Материал 2 Среда Теория Л(хЮ-20Дж) Экспер. Тя(хЮ-20Дж)
тю2 тіо2 вода 6 6±
Аи Аи вода
Ав Ац вакуум 20-49 38.5±0
Си Си вакуум
Аё Си вакуум 22-44
8І3И4 8і3И4 вода 4.8-5
Ві3И4 слюда вода 2
8і3И4 слюда этанол
ВЮ2 8Ю2 этанол 0
ВЮ2 8іСЬ вода 0.
ВІСЬ воздух вода
ВІСЬ Аи воздух 2
ВІСЬ Аи вода
вю2 н вакуум
Ві02 Си вакуум
Ві02 ТіСЬ вода 0
ВЮ2 тефлон циклогексан -0
ВЮ2 слюда вода 1
Zr02 7,гСЬ вода 7.
А1203 аі2о3 вода 5
слюда слюда вода 2-2
тефлон тефлон воздух
В8А ВВА Вода
Другая серьезная проблема в измерении ВдВ сил -определение геометрических характеристик зонда (формы зонда) и образца (характера шероховатости). Проблема шероховатости поверхности была затронута, в основном, исследователями, имеющими дело с экспериментальным определением силы адгезии между образцом и частицей, фиксированной на конце кантилевера, и используемой для зондирования [35,36].
1.5.3 Капиллярные силы и адгезия
Известно, что гранулированные вещества становятся более когезивными с повышением влажности, и часто наблюдается критическая влажность, выше