Vat lieu va linh kien dien tu

<span class='text_page_counter'>(1)</span>MSSV:09917424 MSSV:09917412 MSSV:09917423. 4.NGUYễN HOÀI NAM. MSSV:09917418.

<span class='text_page_counter'>(2)</span> MỤC LỤC:. 13.1 Mở đầu  Kỹ thuật kính hiển vi đầu dò quét (SPM). 13.2 Kính hiển vi đường hầm quét (STM) 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét 13.2.2 Các kiểu hoạt động của kính hiển vi đường hầm quét.

<span class='text_page_counter'>(3)</span> MỤC LỤC: 13.2 Kính hiển vi đường hầm quét (STM) 13.2.3 Hiện thực bằng thực nghiệm kính hiển vi điện tử đường hầm quét (STM) 13.2.4 Những ứng dụng của kính hiển vi đường hầm quét (STM).

<span class='text_page_counter'>(4)</span> MỤC LỤC: 13.3 Kính hiển vi lực quét (SFM) 13.3.1 Nguyên tắc lý thuyết của kính hiển vi lực quét 13.3.2 Nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi lực quét (SFM) 13.3.3 Ứng Dụng của kính hiển vi lực quét (SFM) 13.3.3.1 Những hiệu ứng vật liệu đặc biệt 13.3.3.2 Kính hiển vi lực quét từ (MFM) 13.3.3.3 Kính hiển vi lực quét tĩnh điện (SFM).

<span class='text_page_counter'>(5)</span> MỤC LỤC:. 13.3 Kính hiển vi lực quét (SFM) 13.3.4 Kính hiển vi lực hưởng ứng áp điện (Piezoresponse Force Microscopy-PFM). 13.4 Ảnh của vật liệu hữu cơ mềm.

<span class='text_page_counter'>(6)</span> MỤC LỤC: 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử 13.5.1 Thao tác ngang 13.5.2 Thao tác thẳng đứng 13.5.3 Các hiệu ứng do dòng đường hầm gây ra 13.5.4 Các hiệu ứng hóa học phức tạp với STM.

<span class='text_page_counter'>(7)</span> 13.1 Mở đầu  Kỹ thuật kính hiển vi đầu dò quét (Scanning Probe Microscopy-SPM) Là tên gọi chung của nhóm kính hiển vi mà việc tạo ảnh bề mặt của mẫu vật được thực hiện bằng cách quét một mũi dò nhỏ trên bề mặt của mẫu vật. Nhóm kính hiển vi này ra đời vào năm 1981 với phát minh của Gerd Binnig và Heinrich Rohrer (IBM Zürich) về kính hiển vi quét chui hầm (cả hai đã giành giải Nobel Vật lý năm 1986 cho phát minh này)..

<span class='text_page_counter'>(8)</span>  Kỹ thuật kính hiển vi đầu dò quét (SPM). Sơ đồ nguyên tắc kính hiển vi đầu dò quét.

<span class='text_page_counter'>(9)</span>  Kỹ thuật kính hiển vi đầu dò quét (SPM). Kính hiển vi đầu dò quét.

<span class='text_page_counter'>(10)</span>  Kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) + Là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Phát triển vào năm 1981 với phát minh ra kính hiển vi đường hầm quét..

<span class='text_page_counter'>(11)</span>  Kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (SEM). Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Quốc gia Hà Nội.

<span class='text_page_counter'>(12)</span>  Kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (SEM). Ảnh chụp bào tử vi khuẩn của phấn hoa dưới kính hiển vi SEM.

<span class='text_page_counter'>(13)</span>  Kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (SEM) +Các loại kính hiển vi điện tử quét Kính hiển vi đường hầm quét( Scanning Tunnelling. Microscope – STM).

<span class='text_page_counter'>(14)</span>  Kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (SEM) +Các loại kính hiển vi điện tử quét Kính. hiển vi lực quét ( Scanning Force Microscope – SFM, cũng được gọi là kính hiển vi lực nguyên tử “Atomic Force Microscope – AFM”).

<span class='text_page_counter'>(15)</span>  Kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (SEM) +Các loại kính hiển vi điện tử quét. Máy AFM. Một. số kính hiển vi phụ đã được phát minh tất cả chúng có thể là Kính hiển vi quét quang gần trường ( Scanning Near-field Optical Microscope - SNOM).

<span class='text_page_counter'>(16)</span> 13.2 Kính hiển vi đường hầm quét (STM) 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét. Cấu tạo STM.

<span class='text_page_counter'>(17)</span> 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét. Nguyên lý hoạt động của STM STM sử dụng một mũi dò nhọn mà đầu của mũi dò có kích thước là một nguyên tử, quét rất gần bề mặt mẫu. Khi đầu dò được quét trên bề mặt mẫu, sẽ xuất hiện các điện tử di chuyển từ bề mặt mẫu sang mũi dò do hiệu ứng chui hầm lượng tử và việc ghi lại dòng chui hầm (do một hiệu điện thế đặt giữa mũi dò và mẫu) này sẽ cho các thông tin về cấu trúc bề mặt..

<span class='text_page_counter'>(18)</span> 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét. Sơ đồ kính hiển vi đường hầm quét. a ) Dòng đường hầm sử dụng như tín hiệu đo.

<span class='text_page_counter'>(19)</span> 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét. 50nm. b )Ảnh kính hiển vi điện tử quét và truyền qua tương ứng đối với đầu kim loại được sử dụng cho kính hiển vi quét.

<span class='text_page_counter'>(20)</span> 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét. Công thức dòng đường hầm là:. I V . tip (WF ). sample .(ro , WF ). dòng đường hầm. thế thấp được áp vào đầu dò. Là mật độ trạng thái của đầu. Là mật độ cấu trúc bề mặt tại tâm r0 của quỹ đạo đầu và tại năng lượng Fermi WF.

<span class='text_page_counter'>(21)</span> 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét Tunnelling tip. R. ro. S- Orbital Z. sample. Hình biểu diễn sơ đồ hình học đường hầm trong mô hình Tersoff -Hamann.

<span class='text_page_counter'>(22)</span> 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét Mật độ trạng thái bề mặt giảm theo hàm mũ trong chân không với độ dài phân rã hiệu dụng:. Trong đó: - k eff :Độ dài phân rã hiệu dụng - B: Là độ rào cản. 2.me .B keff   k 2  k. - me : khối lượng điện tử. B. Với  tip và.  tip   sample 2. 2. . :Là. eV. vectơ sóng song song của điện tử đường hầm. 2.  sample :Là hàm công của đầu và mẫu tương ứng.

<span class='text_page_counter'>(23)</span> 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét Dòng đường hầm giảm theo hàm số mũ với khoảng cách đầu – mẫu z. I exp  2k eff z WF ,tip eV. I.  W . tip. sample. W  eV .T (W ,V ).dW. WF ,tip. Với T(W,V) là hệ số truyền phụ thuộc vào năng lượng của điện tử và thế áp vào Trong thực nghiệm mật độ trạng thái được xem như là hàm của năng lượng đối với mức Fermi.  sample  eV   dI dV   I V .

<span class='text_page_counter'>(24)</span> 13.2.1 Cơ sở lý thuyết của kính hiển vi đường hầm quét. e -. Tại thế cao không chỉ các trạng thái gần năng lượng Fermi WF đóng góp vào dòng mà tất cả các trạng thái có năng lượng trong dải từ WF đến WF + eV.

<span class='text_page_counter'>(25)</span> 13.2.2 Các kiểu hoạt động của kính hiển vi đường hầm quét. Sơ đồ kính hiển vi điện tử với mạch phản hồi.

<span class='text_page_counter'>(26)</span> 13.2.2 Các kiểu hoạt động của kính hiển vi đường hầm quét.

<span class='text_page_counter'>(27)</span> 13.2.3 Hiện thực bằng thực nghiệm kính hiển vi điện tử đường hầm quét (STM). Bố trí của một kính hiển vi đường hầm quét: a) Nhìn tổng quát.

<span class='text_page_counter'>(28)</span> 13.2.3 Hiện thực bằng thực nghiệm kính hiển vi điện tử đường hầm quét (STM). Bố trí của một kính hiển vi đường hầm quét: b) Nhìn chi tiết của một ống quét.

<span class='text_page_counter'>(29)</span> 13.2.3 Hiện thực bằng thực nghiệm kính hiển vi điện tử đường hầm quét (STM). Bố trí kính hiển vi đường hầm quét : c) Cơ chế dịch của bộ giữ mẫu.

<span class='text_page_counter'>(30)</span> 13.2.4 Những ứng dụng của kính hiển vi đường hầm quét (STM) Lỗ trống photpho trên: GaP(110) pha tạp a) p b) n; InP(110) pha tạp;d) p và c) n Bên trái hai lỗ trống tích điện dương Bên phải hai lỗ trống tích điện âm.

<span class='text_page_counter'>(31)</span> 13.2.4 Những ứng dụng của kính hiển vi đường hầm quét. Sơ đồ mật độ điện tử của mức năng lượng khuyết tật trên bề mặt InP(110) được pha tạp p và n và bề mặt Ga(110) .Trên phía trái lỗ trống tích điện dương và phía phải tích điện âm..

<span class='text_page_counter'>(32)</span> 13.3 Kính hiển vi lực quét (SFM) 13.3.1 Nguyên tắc lý thuyết của kính hiển vi lực quét. Thế van der Waals U giữa hai nguyên tử, dr là khoảng cách tới hạn trên đó hiệu ứng thời gian đi qua làm yếu tương tác..

<span class='text_page_counter'>(33)</span> 13.3.1 Nguyên tắc lý thuyết của kính hiển vi lực quét (SFM). C I U   3 6 d. C: là hằng số tương tác của thế van der Waals. . AR1 R2 I U   6 R1 R2  d AR I U   6 d. :Là mật độ chất rắn. d: là khoảng cách giữa các mặt cầu A: là hằng số Hamaker R :là bán kính hình cầu.

<span class='text_page_counter'>(34)</span> 13.3.1 Nguyên tắc lý thuyết của kính hiển vi lực quét (SFM) u. Biểu diễn sơ đồ của thế tương tác Van der Waals vào tần số dao động của lò xo với đầu.Khi đầu gần bề mặt tần số cộng hưởng của lò xo bị dịch..

<span class='text_page_counter'>(35)</span> 13.3.1 Nguyên tắc lý thuyết của kính hiển vi lực quét a   a0  a 1. a. a0 / 2. 0. a const. . Đường cong cộng hưởng của đầu không có và có tương tác với thế van der Waals.Tương tác dẫn tới dịch tới dịch tần số cộng hưởng  , kết quả là đầu bị kích thích với tần số  m có biên độ dao động a   bị suy giảm bằng a.

<span class='text_page_counter'>(36)</span> 13.3.2 Nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi lực quét (SFM).   d 2 sin    S 2 2.S 2 3S 2  L Đối với các góc nhỏ. sin    3 / 2 L. PA  PB 3S 2   PA  PB Ld. PA P / 2. d  d  / 2 PB P / 2. d  d  / 2. d /  3S 2 / L.

<span class='text_page_counter'>(37)</span> 13.3.2 Nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi lực quét (SFM). Khuếch đại của chuyển động cantilever nhờ phương pháp cánh tay đòn bẩy quang học a) Đường dẫn quang học của tia laser trong bố trí AFM chuẩn.

<span class='text_page_counter'>(38)</span> 13.3.2 Nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi lực quét (SFM). E a d 3C E-Young modulus of cantilever k  1  10 N m spring conslant k=(0.1 – 10N/m) 4 L3 F  L3  3E  1 3 F  L2   2E  1 2L Khuếch đại của chuyển động cantilever nhờ phương pháp cánh tay đòn bẩy quang học b) Chùm cantilever uốn cong.

<span class='text_page_counter'>(39)</span> 13.3.2 Nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi lực quét (SFM). Vi ảnh điện tử quét của một cantilever được làm bằng Si.

<span class='text_page_counter'>(40)</span> 13.3.3 Ứng Dụng của kính hiển vi lực quét (SFM) 13.3.3.1 Những hiệu ứng vật liệu đặc biệt. f1,tip  d1   f 2,tip  d 2  Với:. f i ,tip  Aij / d i Aij  Aii . A jj . 0.5.  A1.1 d1  d2  A2.2.   . Điều kiện: 1 6.

<span class='text_page_counter'>(41)</span> 13.3.3.1 Những hiệu ứng vật liệu đặc biệt. Phác thảo liên quan đến sự phụ thuộc vật liệu.

<span class='text_page_counter'>(42)</span> 13.3.3.2 Kính hiển vi lực quét từ (MFM) Lực từ giữa mẫu và đầu nhọn là:. F mag  M tip H sample dV tip. Hoặc. Fmag  mtip .Bsample H sample: Là. Bsample. từ trường ký sinh. : Là cảm ứng từ của mẫu. mtip. : Là mômen từ. M tip. : Là sự từ hóa.

<span class='text_page_counter'>(43)</span> 13.3.3.2 Kính hiển vi lực quét từ (MFM). Nguyên tắc của kính hiển vi lực quét từ.

<span class='text_page_counter'>(44)</span> 13.3.3.2 Kính hiển vi lực quét từ (MFM). Ảnh miền từ của SFM :trình bày cấu trúc tinh vi của miền 1800 . Tường miền bao gồm các đoạn với định hướng thành khác nhau.Mũi tên đậm kí hiệu hướng miền.

<span class='text_page_counter'>(45)</span> 13.3.3.3 Kính hiển vi lực quét tĩnh điện (SFM). Sơ đồ của kỹ thuật SFM hai đường.

<span class='text_page_counter'>(46)</span> 13.3.3.3 Kính hiển vi lực quét tĩnh điện (SFM) Lực tĩnh điện là hàm của khoảng cách được cho bằng: 2. r Fel   0U 2 d 2. Với d/R >>1.Ta có thể thấy rằng lực tĩnh điện có dải mở rộng lớn hơn nhiều so với lực vander Waals và cũng mạnh hơn.

<span class='text_page_counter'>(47)</span> 13.3.3.3 Kính hiển vi lực quét tĩnh điện (SFM). So sánh sự phụ thuộc khoảng cách của các lực van der Waals và lực điện giữa đầu và điện tích bề mặt điện địa phương 2.10-6 C.

<span class='text_page_counter'>(48)</span> 13.3.4 Kính hiển vi lực hưởng ứng áp điện (Piezoresponse Force Microscopy-PFM) Hiệu ứng áp điện ngược địa phương được kiểm tra cung cấp phương pháp phát hiện phân bố ba chiều của phân cực có chứa sắt Sự tương phản trong PFM: - Do tương tác giữa đầu SFM được thiên áp điện (Thế xoay ) và sự phân cực trong mẫu chứa V chiều V0 . sin t sắt được đo bằng dò áp điện.  . - Do tương tác tĩnh điện giữa cantilever và mẫu có cực : điện thế dẫn tới điện tích dao động q C.V0 . sin t  C biểu thị điện dung giữa đầu và điện cực phía dưới.

<span class='text_page_counter'>(49)</span> 13.3.4 Kính hiển vi lực hưởng ứng áp điện (Piezoresponse Force Microscopy-PFM) Vì q thay đổi với  ,cho nên một lực dao động trên cantilever tồn tại được cho bằng: F q.E CVE sin.  t . Độ tương phản phụ thuộc vào định hướng tương đối giữa điện trường ngoài được áp vào E và phân cực nội P theo cách sau:. E.P  E . P cos  . : Là góc giữa E và P. Vì E được áp giữa đầu và cực đếm các vùng mặt bất kì biểu 0 lộ vectơ phân cực song song với bề mặt mẫu có  90.

<span class='text_page_counter'>(50)</span> 13.3.4 Kính hiển vi lực hưởng ứng áp điện (Piezoresponse Force Microscopy-PFM) Piezoresponse Mode PFM. Loại uốn cong khác nhau của cantilever như hiệu ứng tương tác giữa thiên áp đầu và các vectơ được định hướng có phân cực tự phát trong tinh thể chứa sắt được trình bày.

<span class='text_page_counter'>(51)</span> 13.4 Ảnh của vật liệu hữu cơ mềm. Hiện nay phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để mô tả vật liệu mềm là kiểu phân nhánh hay kiểu tiếp xúc không liên tục.. a). b) Ảnh SFM của phức chất DNA-STV: a) Được quét trong chế độ hút với môđun phản hồi hoạt ( điều khiển Q); b) được lấy trong chế độ đẩy.

<span class='text_page_counter'>(52)</span> 13.4 Ảnh của vật liệu hữu cơ mềm. Ảnh STM của diện tích 30x30 nm2 của đơn lớp tự kết hợp tách pha (SAM) được tạo thành bằng sự hút bám từ dung dịch đẳng phân tử của 1ATC9 và n-decanethiol (1 mM trong tổng thiol). Ảnh được ghi tại thiên áp mẫu + 1.0 V và dòng đường hầm 1,0 pA..

<span class='text_page_counter'>(53)</span> 13.4 Ảnh của vật liệu hữu cơ mềm. Độ cao đối với thời gian cho phân tử trong điện tích được trích.

<span class='text_page_counter'>(54)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử 13.5.1 Thao tác ngang. Trình bày quá trình xây dựng vòng tròn lượng tử của 48 nguyên tử Fe được định vị trên bề mặt Cu(111). Cấu trúc tổng hợp và sóng đứng được cảm ứng bằng giam giữ các điện tử bề mặt trong cấu trúc được thấy rõ trong ảnh ba chiều; e) Vòng tròn lượng tử.

<span class='text_page_counter'>(55)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử. Trong kiểu ảnh STM dòng đường hầm là không đổi và cantilever được nâng lên.Đối với thao tác đầu được hạ xuống phía trên nguyên tử kéo nó tới vị trí mong muốn, việc nâng cantilever làm mất tương tác với nguyên tử.

<span class='text_page_counter'>(56)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử. Phổ đường hầm quét thu được đối với các vị trí khác nhau trong vòng tròn lượng tử. Những phổ thu được : a) Tại tâm vòng tròn; b) 0,9 nm, từ tâm vòng tròn. Sự lượng tử hóa các trạng thái rõ ràng có thể nhìn thấy bên trong vòng tròn.

<span class='text_page_counter'>(57)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử. Cấu trúc phân tử HB-DC.

<span class='text_page_counter'>(58)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử. Ảnh STM của mặt Cu(100) sau khi phơi sáng toàn bộ lớp phủ đơn của phân tử HB-DC tại nhiệt độ phòng. Diện tích ảnh là 11,4 x11,4 nm.

<span class='text_page_counter'>(59)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử. Mô hình mô phỏng cơ học phân tử: a) Phân tử HB-DC trong vị trí đối xứng cao; b) Vị trí đối xứng thấp như bộ quay phân tử.

<span class='text_page_counter'>(60)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử. a. b. 2nm Ảnh STM của mặt Cu(100) sau khi phơi sáng lớp phủ đơn lớp của các phân tử HB-DC tại nhiệt độ phòng a) Phân tử được vẽ như hình tròn và tại ví trí ở đó nó không cùng pha với lớp phân tử 3D, phân tử đang quay b) Cùng phân tử được biến thành 0,26 nm và được mô tả như một cấu trúc thùy với các phân tử xung quanh. Diện tích ảnh là 5,75 x 5,75 nm.

<span class='text_page_counter'>(61)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử 13.5.2 Thao tác thẳng đứng. CO CO Cu-Surface. Cu-Surface. Phác thảo quy trình nhặt các phân tử CO trên bề mặt Cu(111).

<span class='text_page_counter'>(62)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử 13.5.3 Các hiệu ứng do dòng đường hầm gây ra. a. b. c. d. e. f. Sự di chuyển của ba chỗ trống photpho trên bề mặt GaP(110).

<span class='text_page_counter'>(63)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử 13.5.4 Các hiệu ứng hóa học phức tạp với STM. C6 H 5 I. C6 H 5. I. Trình bày sơ đồ phản ứng Ullmann cảm ứng đầu a) tách iôt từ iodobenzên bằng cảm ứng điện tử; c) Kéo nguyên tử iôt tới vị trí thềm.

<span class='text_page_counter'>(64)</span> 13.5. Thao tác nguyên tử và phân tử 13.5.4 Các hiệu ứng hóa học phức tạp với STM. 2C6 H 5. C12 H10. Trình bày sơ đồ phản ứng Ullmann cảm ứng đầu d) Mang hai phân tử phenyl với nhau bằng thao tác ngang và e) Kết hợp hóa học cảm ứng điện tử thành phenyl; f) Kéo phân tử tổng hợp bằng đầu trước để chứng minh sự kết hợp.

<span class='text_page_counter'>(65)</span> 13.5. THAO TÁC NGUYÊN TỬ VÀ PHÂN TỬ 13.5.4 Các hiệu ứng hóa học phức tạp với STM. Mô hình của thành phần hóa học minh họa vị trí gắn của phenyl và iôt như được trình bày trong trên vị trí trái phenyl, iôt và trên vị trí phải iodobenzene được gắn tại lề bước loại (100).

<span class='text_page_counter'>(66)</span>