پایان نامه درباره تصویرسازی و شیمیایی

شکل 1-9 تصویر یک نوع میکروسکوپ نیروی اتمی
1-8-4 میکروسکوپ روبشی جریان تونلی
امروزه رایجترین میکروسکوپ قابل استفاده میکروسکوپ روبشی جریان تونلی میباشد که در آن از یک پروب تیز و ولتاژ بایاس بین سوزن و سطح نمونه استفاده میشود هنگامی که پروب در فاصله بسیار کم حدود چند آنگستروم از سطح قرار گیرد، الکترونها بر اساس پدیده تونل زنی از سطح به پروب یا بلعکس جریان مییابد این جریان با تغییر فاصله سوزن تا نمونه تغییر میکند و با پردازش تغییرات، تصویرسازی از سطح ایجاد میشود. این میکروسکوپ فقط برای مواد رسانا به کار میرود و به دو شکل ارتفاع ثابت و جریان ثابت طراحی میشوند.
حالت ارتفاع ثابت برای سطوح صاف استفاده میشود که در آن پروب در یک صفحهی افقی، بدون بالا و پایین شدن حرکت میکند و فاصلهی بین پروب و صفحه در اثر ناهمواریهای سطح، کم و زیاد میشود و به دنبال آن جریان تونلی نیز کم و زیاد میشود و با این تغییر جریان پس از پردازش، تصویری واضح از سطح ایجاد میشود. در حالت جریان ثابت پروب میتواند به بالا و پایین حرکت کند تا جریان تونل زنی ثابت بماند. با بالا و پایین رفتن پروب نقشه ای از سطح نمایش داده میشود.
Widget not in any sidebars

برای تعیین اطلاعات مغناطیسی نمونه از یک سوزنک مغناطیسی استفاده میشود. ابتدا توسط AFM غیر تماسی اطلاعات توپوگرافی سطح تعیین میشود، سپس سوزنک را تا فاصلهی معینی از سطح بالا میآورند و عملیات پیمایش را انجام میدهند. اطلاعات نیروی مغناطیسی روی سطح با تغییرات دامنه نوسان تیرک در اثر مغناطیس بین سوزنک و سطح تعیین میشود.
1-8-5 میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
در این نوع میکروسکوپ پرتوهای الکترونی از لایه عبور نمیکنند بلکه باریکهای از الکترونها گسیل شده از تفنگ الکترونی توسط عدسیهای الکترواپتیکی کانونی شده سپس توسط منحرف کننده در پرتوهای الکترونی انحراف ایجاد کرده و سطح را جاروب میکنند (شکل 1-10) و بعد از عبور از عدسی به سطح نمونه برخورد میکنند و پس از گسیل مجدد از سطح توسط میدان الکتریکی جمع میشوند و با تقویت کننده سیگنالهای بدست آمده را در صفحه نشان میدهند. بیشتر از SEM برای تعیین مشخصهی لایههای نازک استفاده میشود در این دستگاه الکترونهای گرمایونی گسیل شده از کاتد تنگستن به سمت آند حرکت میکند و با دو عدسی جمع کننده متوالی، پرتو را بصورت یک نقطه کوچک کانونی میکنند یک جفت پیچه که در محل عدسیهای شیئی قرار دارند پرتوها را بصورت خطی بر روی سطح نمونه در سطح مستطیل شکل جاروب میکنند. معمولاً پرتوهای الکترونی دارای 30 کیلو الکترون ولت انرژی میباشند.
در میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)نیز مانند TEM، یک پرتو الکترونی به نمونه میتابد.

شکل 1-10 تصویر الکترونی روبشی سطح یک فلز با مقیاس یک میکرون اجزاء اصلی و حالت کاری یکSEM ساده

شکل 1-11 (a) طرحی از یک میکروسکوپیک الکترونی (b) شکل واقعی میکروسکوپ الکترونی

شکل1-12 نمودارشماتیکی اجزاء اصلی یک میکروسکوپ الکترونی روبشی
منبع الکترونی (تفنگ الکترونی) معمولاً از نوع انتشار ترمویونیکی فیلامان یا رشته تنگستنی است اما استفاده از منابع گسیل میدان برای قدرت تفکیک بالاتر، افزایش یافته است معمولاً الکترونها بین 1-KeV30شتاب داده میشوند. سپس دو یا سه عدسی متمرکز کننده پرتو الکترونی را کوچک میکنند، تا حدی که در موقع برخورد با نمونه قطر آن حدوداً بین nm10-2 است.
استفادههای عمومی
1- تصویرگرفتن از سطوح در بزرگنمایی 10 تا 100.000برابر با قدرت تفکیک در حد 3 تا 100 نانومتر (بسته به نمونه)
2- در صورت تجهیز به آشکارساز back scattered میکروسکوپها قادر به انجام امور زیر خواهند بود:
a) مشاهده مرزدانه، در نمونههای حکاکی نشده، b) مشاهده حوزهها، (domains) در مواد فرومغناطیس، c) ارزیابی جهت کریستالوگرافی دانهها با قطرهایی به کوچکی 2 تا 10 میکرومتر، d) تصویر نمودن فاز دوم روی سطوح حکاکی نشده (درصورتی که متوسط عدد اتمی فاز دوم، متفاوت از زمینه باشد).
3- با اصلاح مناسب میکروسکوپ میتوان از آن برای کنترل کیفیت و بررسی عیوب قطعات نیمه هادی استفاده نمود.
نمونههایی از کاربردها
1- بررسی نمونههایی متالوگرافی ، در بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری
2- بررسی مقاطع شکست و سطوح حکاکی عمیق، که مستلزم عمق میدانی بسیار بزرگتر از حد میکروسکوپ نوری است.
3- ارزیابی جهت کریستالوگرافی اجرایی نظیر دانهها، فازهای رسوبی و دندریتها بر روی سطوح آماده شده برای کریستالوگرافی
4- شناسایی مشخصات شیمیایی اجزایی به کوچکی چند میکرون روی سطح نمونهها، برای مثال، آخالها، فازهای رسوبی و پلیسههای سایش
5- ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونهها در فاصلهای به کوچکی μm 1
6- بررسی قطعات نیمههادی برای آنالیز شکست، کنترل عملکرد و تأیید طراحی نمونهها