1 / 50

מכשור אלקטרוני פרק 5: Atomic Force Microscope

מכשור אלקטרוני פרק 5: Atomic Force Microscope. 7. 8. 2. 6. 3. 4. 5. מכשורים דמויי CRT. אוסצילוסקופ : תיאור סכמתי. מטרה: מדידת מתחים ותדירויות. 1. 9. מכלולים. 1. 7. 8. 2. 6. 9. 3. 4. 5. מסך טלוויזיה: תיאור סכמתי. מטרה: יצירת תמונה מאות ווידאו. אות הווידאו מבקר את

jasper
Download Presentation

מכשור אלקטרוני פרק 5: Atomic Force Microscope

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. מכשור אלקטרוני פרק 5:Atomic Force Microscope Schechner (c)

  2. 7 8 2 6 3 4 5 מכשורים דמויי CRT אוסצילוסקופ : תיאור סכמתי מטרה: מדידת מתחים ותדירויות 1 9 Schechner (c)

  3. מכלולים Schechner (c)

  4. 1 7 8 2 6 9 3 4 5 מסך טלוויזיה: תיאור סכמתי מטרה: יצירת תמונה מאות ווידאו אות הווידאו מבקר את עוצמת זרם האלקטרונים עוצמת ההארה של הנקודה ממופגזת Schechner (c)

  5. הלחמה בקרן אלקטרונים Schechner (c)

  6. TEM כושר ההבחנה של ה-TEM וה-SEM גרועה מזאת שמנבא הקריטריון של Rayleigh דחיה בין אלקטרונים Schechner (c)

  7. SEM Schechner (c)

  8. Electron beam lithography (EBL) Schechner (c)

  9. Electron beam lithography (EBL) http://www.cnf.cornell.edu/cnf_spie54.html שימוש בעדשות אלקטרו-סטטיות ומגנטיות Schematic of the JEOL JBX-5DII system Schechner (c)

  10. AFM הדמייה תלת ממדיתעם כושר הבחנה של 10 pm DA = 10-11 m 100 pm = 1Ångström מאפשר לדגום אטום במספר שורות Schechner (c)

  11. 9 – Control Unit 7 – Control Unit 5 - תיאור סכמטי ומכלולים 3- 4 - 2.1- 6.1 – 6.2 – Buffer Solution 2.2 -Tip 1 - Schechner (c)

  12. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/1/1a/Atomic_force_microscope_block_diagram.pnghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/1/1a/Atomic_force_microscope_block_diagram.png Schechner (c)

  13. טבלת מכלולים Schechner (c)

  14. עקרון הפעולה הכללי Novascan Technologies Atomic Force Microscopy - Atomic Force Microscopes AFMs Tips Probes UV-Ozone Cleaners.htm מערכת הבקרה דואגת להחזיק את הגובה בתחום הרגישות הקרן של הלייזר ניצבת למישור הסריקה הקורה מתכופפת בחלק מהמקרים Schechner (c)

  15. כוחות Van der Waals Debye Interaction London Keesom הכוח המושך ודוחה את ה-cantilever הכוחות המסבירים מדוע אבק "נדבק" לקירות ומיים מרטיבים זכוכית סטייה של גז אמיתי מחוק הגז האידיאלי – מעבר של גז לנוזל • כולל כוחות משיכה אלקטרוסטיים: • מטענים (יונים) • דיפולים קבועים • Multipoles • דיפולים מושרים Schechner (c)

  16. +Z +Z +Z +Z +Z +Z כאשר מקרבים אטום אחד לשני נוצרות רמות במולקולה הרמותהפנימיות נשארותצמודות לגרעין כוחות דחיה חפיפה של רמות מלאות חלקית וראשונה ריקה האלקטרונים של הרמות המלאות חלקית באטומים , מאכלים את הרמה המולקולרית Schechner (c)

  17. הרמותהפנימיות נשארותצמודות לגרעין. +Z +Z +Z +Z +Z +Z +Z +Z חפיפה של רמות מלאות חלקית וראשונה ריקה +Z +Z +Z +Z רמות מולקולה פוליאטומית קווית כוחות דחיה Schechner (c)

  18. +Z +Z +Z +Z +Z +Z +Z +Z +Z +Z +Z +Z רמות במוצק הרמותהפנימיות נשארותצמודות לגרעין. חפיפה של רמות מלאות חלקית וראשונה ריקה לא סגור להמחיש שזה מספר גדול מאוד Schechner (c)

  19. רמת ההולכה:מיזוג של כל הרמות הריקות הראשונות +Z +Z +Z +Z Eg רמת הערכיות: מיזוג של כל הרמות המלאות חלקית הולכה Eg ערכיות היווצרות רמת הגביש בדומה למקרים הקודמים – קירוב ה-Tip לדוגמה יוצרת התפלגות של אלקטרונים בין ה- Tipוהדוגמה עם משיכה ודחיה כתלות במרחק שבין הגרעינים Schechner (c)

  20. +Z +Z מה קורה כאשר המרחק לא מספיק להווצרות רמה משותפת יציבה? השדה של גרעין מרוחק משפיע על ההסתברות להמצאות של אלקטרון ה"שייך" לגרעין השני. השפעה חזקה לאלקטרונים של הרמות המלאות חלקית נוצרות רמות משותפות, לא יציבות, רגיעיות. "קשר וואן דר-וואלס" Schechner (c)

  21. בקשר שבין שני גרעינים פועלות שני כוחות מנוגדות: דחיה ומשיכה FN = FA + FR FR= Repulsive Force FA = Attractive Force מוצקים ונוזלים הם במצב צבירה כזה בגלל כוחות וון דר וואלב חום כמוס לרתיחה: שבירת הוחות וון גר וואלס Schechner (c)

  22. Potential Energy FR Repulsion 0 r, A0 Attraction E0 r0 FN FA לכל הקשרים בין אטומים (קוולנטי, יוני, מימני) יש עקומה כזאת Schechner (c)

  23. = repulsive forces = attraction forces תיאור מטמתי מקורב לכוחות Van der Waals עקומת Lennard Jones where: εis the well depth σis the hard sphere radius. Interaction energy ofargondimer מרחק לנגיעה: מינימה באנרגיה Schechner (c)

  24. http://www.nanoscience.com/education/AFM.html Schechner (c)

  25. Cantilever (קורה גמישה, מקפצה) Photo-montage קצה ה-tip לא יכול להיות קטן מהאטומים שהוא בודק. הוא עצמו בנוי מאטומים. Tip http://atomicforce.de/Olympus_Cantilevers/Tip_Properties/tip_properties.html k ~ 0.1N/m L ~ 100 mm Schechner (c)

  26. http://atomicforce.de/Olympus_Cantilevers/olympus_cantilevers.htmlhttp://atomicforce.de/Olympus_Cantilevers/olympus_cantilevers.html Schechner (c)

  27. שימוש במיקרו-אלקטרוניקה לייצור Silicon nitrideSi3N4 (c) Ultralever (also 3 µm tall) ~10 nm end radius . • normal tip (3 µm tall) • ~30 nm end radius (b) supertip; Figure 4. Three common types of AFM tip. Electron micrographs by Jean-Paul Revel, Caltech. Tips from Park Scientific Instruments; supertip made by Jean-Paul Revel. Tips Schechner (c)

  28. ערך הכוח Van der Walls משתנה בזמן הסריקה על פני אטום מרכז הטיפ מעל לרווח בין אטומים מרכז הטיפ מעל לאטום Schechner (c)

  29. http://atomicforce.de/Olympus_Cantilevers/olympus_cantilevers.htmlhttp://atomicforce.de/Olympus_Cantilevers/olympus_cantilevers.html מתכלים Schechner (c)

  30. LD Detector A Dspot Detector B P = C1 (SA - SB) עיבוד אות אופטי P = C2 (SA/SB) שיקולים בתכנון: גודל הכתם Laser Diode √ Two Half - Detectors כתם מואר המיקום היחסי נקבע מתוך הפרש או היחס בין האותות של הגלאים Schechner (c)

  31. אפשרות למדוד קשיחות -חיכוך של החומר הנבדק גלאי ארבע רבעים 4/4 Detector A Detector A כתם מואר Detector B Detector B כתוב את הביטוי המאפשר לחשב את המיקום של מרכז בכתם בעזרת האות המתקבל שכל גלאי Schechner (c)

  32. מדידת אלסטיות של חומר בעזרת cantilever רוטט Figure 10. AFMs can image sample elasticity by pressing the tip into the sample and measuring the resulting cantilever deflection. Schechner (c)

  33. גלאי 2/2 וגלאי 4/4 הקורה מתכופפת קרן הלייזר ניצבת לכיוון הסריקה Schechner (c)

  34. חישת קשיחות של חומר Figure 9. Cross-sectional profile of friction data image showing stick-slip behavior. http://www.novascan.com/index.php Schechner (c)

  35. h Ddetector מנגנון עקיבה של השינוי בגובה ה-cantilever הגדלה ראשונה: לפי Snell, זווית הפגיעה שווה לזווית ההחזרה. גורם 2 The cantilever-to-detector distance measures thousands of times the length of the cantilever. The optical lever greatly magnifies motions of the tip. dA = 10-11 m ddetector ~ 0.4mm Distance optical magnification of ~ 2000 Total Magnification ~ 4000 Schechner (c)

  36. 450 h 10 = 17.45 mrad D =100 mm q1 = 450 = 45 x 17.45 = 785 mrad q2 = = 786 mrad Adjacent side h1 =100 sin 0.785 = 100 x 0.7068 = 70.68 mm h2 =100 sin 0.786 = 100 x 0.7075 = 70.75 mm הגדלה אופטית של הדרך 7*– DTD, המרחק בין ה-tip והגלאי של מכשיר, AFM הוא 100 מ"מ. זווית ההחזרה ההתחלתית הייתה 450. פני השטח הנחקר עולים בגובה של 2 ננומטר. הדבר מקטין את הזווית החזרה ב-1 mrad. חשב אתההגדלה הנגרמת על ידי המרחק, mD. mD = Dhsignal/ Dhsample mD = 7 x 10-5 / 2 x 10-9 = 3.5 x 104 Dhsignal = 0.07 mm Schechner (c)

  37. q1 Adjacent side הגדלה אופטית של הדרך q2 Distance Tip-Detector DTD1 DTD2 Schechner (c)

  38. 2 –קרן הלייזר (התחלה וכיוון) 1 - גלאי שני חצאים 3 -נקודת עגינה של הקורה פרטים קבועים במרחב במדידת הגובה המדויק הגובה הגס נקבע ע"י מערכת הבקרה של הגבישים הפיאזו-אלקטריים Schechner (c)

  39. כיוון תנועת הדגם מכיוון וקשה לי לצייר קורה עקומה, מתכופפת בגלל כוחות הדחיה, הדגשתי בחום את הקצה של הקורה המחזיק את הטיפ מקום פגיעה של מרכז האלומה המוחזרת Schechner (c)

  40. Schechner (c)

  41. Schechner (c)

  42. מנגנון הסריקה בצירים XY וגם בקרת Z חומרים פיאזו-אלקטריים מתכווצים ומתרחבים כפונקציה של המתח The deformation, about 0.1% of the original dimension inPZT, is of the order of nanometers 4 אלקטרודות חיצוניות מזיזים את מיקום הדוגמה בצירי XY אלקטרודה פנימית אחת משנה את הגובה מהירות התנועה מתוכננת מראש שינוי מבוקר בזמן הסריקה Schechner (c)

  43. המיקום שבו מתבצע הדיגום במישור xy נקבע ע"י המתח המופעל על הגבישים הפיאזו-אלקטריים Schechner (c)

  44. שיעור בית: אפקט פיוזואלקטרי • הסבר את התופעה הפיאזואלקטרית, ברמה הפיסיקלית. • כלומר, איך היא מתרחשת בגביש הפיזו-אלקטרי. • ציין: • שמות של חומרים בעלי התכונה הזאת. • את הגודל המאפיין את הבגישים הפיאזואלקטריים. • איזה שימושים יש לתופעה? • התשובה תהיה כתובה: • בעברית • פונט: David 12 • Line spacing: 0 • עורך מרבי: שני עמודים • יכלול תאריך החיבור וסימוכין. • מקסימום 500 מילים Schechner (c)

  45. תלת-ממדי לעומת דו-ממדי 1 אין צורך בטיפול מיוחד לדגמים. ניתן לעבוד באוויר ועם דוגמאות לחות. 2 אין צורך בוואקום 3 אין צורך במתחים גבוהים במיוחד 4 אפשר לחקור יצורים חיים 5 ניתן למדוד תכונות מכניות כמו קושי, צמיגות 6 אין זיהוי של האטומים חיסרון יתרונות המיקרוסקופ כוח אטומי על אלקטרוני Schechner (c)

  46. X Y Z tscan AFM 100 [mm] 3-7 [mm] minutes SEM 2-5 [mm] - ms שטח וזמן סריקה המיקרוסקופ כוח-אטומי ואלקטרוני Schechner (c)

  47. Sample Mica KAl3Si3O10(OH)2 Schechner (c)

  48. Sample http://www.physics.purdue.edu/nanophys/stm.html ה- AFM מאפשר הנחת קבוצות אטומים במיקום מוגדר ברמה של האטומים Schechner (c)

  49. http://www.physics.purdue.edu/nanophys/images/hopg3d-1.jpg לשריגים של מוצקים יש מבנה מחזורי של סידור האטומים במרחב Atoms of Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOP.( Schechner (c)

  50. Figure 8. 2.5 x 2.5 nm simultaneous topographic and friction image of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). The bumps represent the topographic atomic corrugation, while the coloring reflects the lateral forces on the tip. The scan direction was right to left. Schechner (c)

More Related