Công nghệ na nô

Chia sẻ: Pham Cuong | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

128
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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. Lần đầu tiên được phát triển vào năm 1942 gồm một súng phóng điện tử theo chiều từ dưới lên, ba thấu kính tĩnh điện và hệ thống các cuộn quét điện từ đặt giữa thấu kính thứ hai và thứ ba, và ghi nhận chùm điện tử thứ cấp bằng một ống nhân quang điện. Năm 1948, phát triển...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ na nô

• Đồng văn Bình. • Nguyễn Thiết Hiệu • Lê Văn Sao. • Vũ Văn Thanh. • Vũ Viết Tuấn. • Nguyễn Văn Lợi • Nguyễn Đức Giang. • Phạm Thành Đạt • Vũ Văn Hải. • Nguyễn Văn Sơn • Nguyễn Minh Trí • Nguyễn Quang Thảo • Nguyễn Đăng Quân
• Kính h iển vi điện tử quét (Scanning Electron Micros cope ) S EM. • Kính h iển vi điện tử truy ền qua(Trans m is s ion Ele ctron Micros copy) TEM
SEM Là Gì • 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. • Lần đầu tiên được phát triển vào năm 1942 gồm một súng phóng điện tử theo chiều từ dưới lên, ba thấu kính tĩnh điện và hệ thống các cuộn quét điện từ đặt giữa thấu kính thứ hai và thứ ba, và ghi nhận chùm điện tử thứ cấp bằng một ống nhân quang điện. • Năm 1948, phát triển kính hiển vi điện tử quét trên mô hình này với chùm điện tử hẹp có độ phân giải đến 500 Angstrom. • Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đ ại học Quốc gia Hà Nội 1
N guyên lý và cấu t ạo • Điện tử được phát từ súng phóng điện từ ,tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét
Sự tạo ảnh • Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp (thường nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu. • Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán x ạ ngược là chùm điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản thành phần hóa học. Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực điện tử). Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện tại bề mặt mẫu nên có thể đem lại thông tin về các đômen sắt điện.
Một số phép phân tích trong SEM Huỳnh quang catốt (Cathodoluminesence): Là các ánh sáng phát ra do 1. tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu. Phép phân tích này rất phổ biến và rất hữu ích cho việc phân tích các tính chất quang, điện của vật liệu . Phân tích phổ tia X (X-ray microanalysis): Tương tác giữa điện tử với vật 2. chất có thể sản sinh phổ tia X đặc trưng, rất hữu ích cho phân tích thành phần hóa học của vật liệu. Các phép phân tích có thể là phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy - EDXS) hay phổ tán sắc bước sóng tia X (Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy - WDXS)... Một số kính hiển vi điện tử quét hoạt động ở chân không siêu cao có thể 3. phân tích phổ điện tử Auger, rất hữu ích cho các phân tích tinh tế bề mặt. SEMPA là một chế độ ghi ảnh của SEM mà ở đó, các điện tử thứ cấp 4. phát ra từ mẫu sẽ được ghi nhận nhờ một detector đặc biệt có thể tách các điện tử phân cực spin từ mẫu, do đó cho phép chụp lại ảnh cấu trúc từ của mẫu.
Những cải biến của SEM Quang khắc chùm điện tử (Electron beam lithography) 1. Hệ chùm ion hội tụ (Focused ion beam ) 2. 3. SEMPA
1.Quang khắc chùm điện tử (Electron beam lithography) • Là phương pháp “chạm khắc” để tạo ra các chi tiết có hình dạng kích thước nhỏ.
Nguyên lí và cấu tạo của EBL • Cấu tạo của thiết bị EBL gần giống như một kính hiển vi điện tử quét có nghĩa là tạo chùm điện tử có năng lượng cao, sau đó khuếch đại và thu hẹp nhờ hệ thấu kính từ, rồi chiếu chùm điện tử trực tiếp lên mẫu cần tạo. • Sơ đồ nguyên lý thiết bị EBL
• Nguyên lý 2 phương pháp trong EBL: kỹ thuật liff-off (trái) và kỹ thuật ăn mòn (phải)
• Kỹ thuật lift-off :Phương pháp này tạo ra phần vật liệu sau khi được tạo hình. Có nghĩa là người ta phủ trực tiếp cản quang dương lên đế, sau đó chiếu điện tử, cản quang này bị biến đổi tính chất, và phần bị chiếu điện tử sẽ bị hòa tan trong dung dịch tráng rửa (developer), giống nh ư quá trình tráng phim ảnh. Sau khi tráng rửa, ta sẽ có các khe có hình d ạng của chi tiết muốn tạo. Các vật liệu cần tạo sẽ được bay bốc lên đế bằng các kỹ thuật tạo màng mỏng khác nhau, một phần nằm trong các khe đã tạo hình và một phần nằm trên bề mặt cản quang. Dùng dung môi h ữu cơ, hòa tan phần cản quang dư, sẽ loại bỏ cả vật liệu thừa bám trên bề mặt cản quang, chỉ còn lại phần vật liệu có hình dạng như đã tạo. • Kỹ thuật ăn mòn :Người ta phủ vật liệu cần tạo lên đế, sau đó ph ủ ch ất cản quang rồi đem chiếu điện tử. Cản quang sử dụng là cản quang âm, tức là thay đổi tính chất sao cho không bị rửa trôi sau khi qua dung d ịch tráng rửa, có tác dụng bảo vệ phần vật liêu bên dưới. Sau đó cả mẫu sẽ được đưa vào buồng ăn mòn, phần vật liệu không có cản quang sẽ bị ăn mòn và giữ lại phần được bảo vệ, có hình dạng của cản quang. Cuối cùng là rửa cản quang bằng dung môi hữu cơ. Các kỹ thuật ăn mòn thường dùng là ăn mòn khô (dry etching), sử dụng các plasma hoặc h ỗn hợp khí có tính phá hủy mạnh (CH4/O2/H2, F2...); hay ăn mòn hóa ướt (dùng các dung dịch hóa chất để hòa tan vật liệu...
Ưu điểm Nhược điểm • • Phương pháp EBL chậm Có khả năng tạo chùm tia hẹp hơn rất nhiều so với ánh sáng, hơn nhiều so với do đó có thể tạo các chi tiết có photolithography. độ phân giải cao và kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với photolithography, đồng thời dễ dàng tạo các chi tiết phức tạp. • Chùm điện tử có thể điều khiển quét trên bề mặt mẫu bằng cách cuộn dây nên có thể vẽ trực tiếp chi tiết mà không cần mặt nạ như photolithography.
2.Hệ chùm ion hội tụ (Focused ion beam ) • FIB là một hệ “chạm khắc” trực tiếp để tạo các chi tiết như kiểu lithography, nhưng ở đây, không cần dùng cản quang mà dùng một chùm ion kim loại năng lượng cao bắn phá màng mỏng vật liệu. Ở hệ FIB, người ta dùng 2 cột: một cột ion (thường dùng Ga) và một cột điện t ử. Ion Ga được điều khiển hội tụ và quét trên màng mỏng vật liệu để bắn phá các chi tiết không cần giữ. Cột điện tử chính là một SEM để quan sát trực tiếp quá trình này. Ngoài ra, FIB còn sử dụng một cột phún xạ các hơi kim loại để cho phép lắng đọng một số kim loại theo những hình dạng định trước
Ảnh chụp thiết bị chùm iôn hội tụ
Nguyên lý của kỹ thuật chùm iôn hội tụ 2 chùm tia: một chùm iôn để thao tác, một chùm điện tử hẹp để ghi lại ảnh quá trình thao tác
• Các thiết bị chùm iôn hội tụ hiện nay bao gồm 2 chùm tia: một chùm iôn để thực hiện các thao tác chế tạo, và một chùm điện tử hẹp dùng để tạo ảnh, quan sát trực tiếp quá trình làm việc. • Tương tác của chùm iôn với bề mặt chất rắn: gây các nguyên tử bị bốc bay, phún xạ, phát xạ điện tử thứ cấp... • Iôn được dùng ở đây thường là iôn gali (Ga) vì Ga là chất dễ dàng bị bay hơi và iôn hóa từ Ga kim loại lỏng. Iôn Ga được đốt bay hơi và iôn hóa , sau đó được gia tốc và hội tụ thành chùm iôn hẹp nhờ hệ thấu kính từ (hoặc thấu kính tĩnh điện). Thế gia tốc được sử dụng phổ biến hiện nay là từ 10 đến 50 Kv , và chùm iôn có thể được hội tụ thành chùm tia có diện tích nhỏ tới một vài nanomet. Chùm điện tử có tác dụng như chùm điện tử quét kính hiển vi điện tử quét, quét trên bề mặt chi tiết để ghi lại ảnh thông qua việc ghi lại tín hiệu từ điện tử thứ cấp.
Ưu điểm Nhược điểm • Rìa của các chi tiết dễ bị nhiễm bẩn • Khả năng tạo các chi do các iôn kim loại Ga có năng lượng tiết với tốc độ rất cao, và cao hấp thụ vào, và do đó tính chất có khả năng cho độ của rìa dễ bị thay đổi . phân giải chi tiết tương • Chất lượng của các chi tiết bị phụ đương với kỹ thuật thuộc quá lớn vào khả năng lấy nét quang khắc chùm điện chùm tia (focus). tử (kỹ thuật tạo chi tiết • FIB xử lý kém với các hình ảnh rời có độ phân giải tốt nhất rạc. hiện nay). • Điện trở suất của các mạch kim loại hàn gắn bằng FIB thường bị thay đổi do ảnh hưởng từ các chùm ion và cácbon trong hệ sputter
3.SEMPA • SEMPA là một chế độ tạo ảnh của SEM, là tên viết tắt của Scanning Electron Microscopy with Polarisation analysis hay kính hiển vi điện tử quét với phân tích phân cực. • Là một công cụ nghiên cứu từ học để chụp ảnh cấu trúc đômen.