Атомно-силовая микроскопия кристаллов и пленок со сложной морфологией поверхности

• Автор: Толстихина, Алла Леонидовна
• Шифр специальности: 01.04.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 333 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ С ВЫСОКИМ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Характеристика и области применения атомно-силовой микроскопии
1.2 Принцип действия и основные режимы работы атомно-силового микроскопа в воздушной среде
1.3 Модификации ACM для изучения электрически неоднородных
ПОВЕРХНОСТЕЙ
1.4 ACM КАК ИСТОЧНИК НОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ РЕШЕНИИ ТРАДИЦИОННЫХ ЗАДАЧ
КРИСТАЛЛОГРАФИИ И ФИЗИКИ КРИСТАЛЛОВ
1.4.1 Исследование in situ и ex situ морфологии поверхности кристаллов
1.4.2. Изучение поверхности сегнетоэлектрических кристаллов
ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ
2.1. Артефакты изображений, их классификация и методы устранения
2.1.1. Инструментальные артефакты
2.1.2. Артефакты режима
2.1.3. Артефакты состояния
2.2. Разработка метрологического комплекса для обеспечения АСМ-измерений в воздушной среде
2.2.1. Состав и основные технические характеристики метрологического комплекса для ACM
2.2.2. Основные преимущества работы микроскопа в условиях искусственного климата
2.2.3. Устранение артефактов, вызванных наличием статического заряда на поверхности

2.3. Разработка стандартных структур для калибровки пьезосканера атомносилового МИКРОСКОПА ПО ВЫСОТЕ
2.3.1. Тестовые структуры для калибровки микроскопа
2.3.2. Поиск новых тестовых структур на основе слоистых кристаллов ..108 ГЛАВА 3 РАЗВИТИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ ОЦЕНКИ ШЕРОХОВАТОСТИ И ЛОКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛОВ И ПЛЕНОК В АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ
3.1 Система параметров для анализа шероховатости и микрорельефа
ПОВЕРХНОСТИ в АСМ
3.1.1. Метрические параметры
3.1.2 Фрактальные параметры
3.2. Методика расчета характеристик поверхности материалов по данным
измерения атомно-силового микроскопа
3.2.1 Характеристики шероховатости поверхности
Иерархическая шероховатость
3.2.2. Определение пространственных параметров поверхности материалов по данным измерений трансформант Фурье в атомно-силовой микроскопии
3.2.3 Определение параметров нанорельефа поверхности пленок с различной степенью кристалличности на примере диоксида титана
3.3.Комплексная методика исследования статистических свойств рельефа
наноструктурированных поверхностей диэлектрических материалов с использованием функции спектральной плотности мощности
3.3.1 Исследование статистических свойств рельефа наноструктурированных поверхностей диэлектрических материалов с использованием функции
спектральной плотности мощности
3.3.2 Влияние статического заряда поверхности на параметры шероховатости
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПРИМЕРЕ КЛАССИЧЕСКОГО
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КРИСТАЛЛА ТРИГЛИЦИНСУЛЬФАТА
4.1. Методики подготовки и исследования образцов
4.1.1. Структура кристалла ЮБ
4.1.2. Получение и подготовка образцов
4.1.3. Методики АСМ-исследования образцов
4.2. Мультимодовая микроскопия сегнетоэлектрических доменов
4.2.1. Трудности АСМ-исследования сегнетоэлектриков и пути их преодоления
4.2.2. АСМ в контактном режиме
4.2.3. АСМ в прерывисто-контактном режиме
4.2.4. Особенности АСМ-изображений сегнетоэлектрических доменов в состаренных кристаллах ТСБ в контактном и прерывисто-контактном режимах
4.2.5. Электрические модификации АСМ (микроскопия Кельвина, электростатическая силовая микроскопия, микроскопия пьезоотклика, сканирующая резистивная микроскопия)
4.3. Морфология поверхности естественного скола кристалла по данным контактного и прерывисто-контактного режимов АСМ
4.3.1. Тонкая структура полярной поверхности скола кристаллов..
4.3.2. Изучение воздействия зондирующего острия на поверхность в контактном режиме
4.3.3. Изучение ударного воздействия на поверхность в прерывисто-контактном режиме
4.3.4. Влияние воздействий окружающей среды
4.4. Строение и свойства кристаллов Т08 с различной степенью дефектности
4.4.1. Методики характеризации кристаллов

Сигнал
Участки наверноеги с различным коэффициентом трения

Химически неоднородные участки поверхности

Сигнал
Ра июсть фаз сигналов

Рис. 1.6 Формирование изображения в режиме регистрации боковых сил в случае: а - негомогенной поверхности, б - поверхности с развитым микрорельефом; в режиме фазового контраста для: в - негомогенной поверхности, г - поверхности с развитым микрорельефом
В режиме Фазового контраста (прерывисто-контактный)
поддерживается постоянной амплитуда колебаний зонда и регистрируется сдвиг фазы колебаний относительно фазы возбуждающего колебания сигнала (рис. 1.6 в,г) [47,48]. Изменение в разности фаз происходит при прохождении острием химически неоднородных участков поверхности (рис. 1.6 в) или же участков существенного перепада рельефа поверхности (рис. 1.6 г). Изображения дают хороший контраст и позволяют отображать участки химической неоднородности поверхности образцов даже в случае сильно развитого микрорельефа (в отличие от режима боковых сил) [49]. Однако до сих пор интерпретация результатов вызывает большое затруднение из-за сложной зависимости фазового отклика осциллирующего зонда в различных подрежимах от многих характеристик поверхности (упругости, адгезии, наличия влаги, электростатического заряда), несмотря на усилия многих ученых однозначно связать ее с какой-нибудь одной из них [50-52].