منابع پایان نامه با موضوع اندازه گیری، زیست شناسی، آسیب دیدگی

خمیدگی تیرک توسط دیودهای نوری و از طرفی معلوم بودن مکان انتهایی تیرک، موقعیت فضایی سوزن مشخص می شود. از سوی دیگر میزان خمیدگی تیرک بیانگر فاصله سوزن از سطح است که با توجه به مشخص بودن موقعیت فضایی سوزن، موقعیت فضایی سطح تعیین می شود.
با تغییر پیوسته اختلاف ولتاژ های اعمال شده به پیزوالکتریک، سوزن سطح نمونه را جاروب1 می کند و با مکانیزم یاد شده موقعیت تک تک نقاط سطح معین می شود و نتیجه در نمایشگر یک کامپیوتر به صورت یک سطح سه بعدی رسم می شود.
نکته ای که باید برای بدست آوردن بهترین دقت در نتایج اندازه گیری به آن توجه کنیم این است که باید حین فرآیند جاروب سطحی فاصله سوزن از سطح در محدوده مناسبی باقی بماند. چراکه از یک طرف فاصله زیاد (در این نواحی نیروی جاذبه است) موجب کم شدن میزان انحراف لرزانک و کاهش نسبت سیگنال به نویز در تعیین مؤلفه Z مکان سطح می شود. از طرف دیگر فاصله بسیار نزدیک موجب وارد شدن نیروی زیاد به سطح می شود که علاوه بر آسیب زدن به ساختار سطح و سوزن موجب کاهش درجه تفکیک خواهد شد. به عنوان مثال در مد تماسی AFM (نیروی بین سوزن و سطح دافعه است)
برای بدست آمدن بهترین نتایج، فاصله در حدود چند آنگستروم تنظیم می شود که نیروی دافعه ای به بزرگی 〖10〗^(-9) N توسط سوزن به سطح وارد شود. فرایند ثابت ماندن فاصله سوزن از سطح حین روبش سطحی، به طور پیوسته به وسیله یک مدار فید بک الکترونیکی صورت می گیرد[40-44] .
3-2-2 آشکار سازی جهت گیری تیرک
همان طور که اشاره شد تعیین جهت گیری تیرک ( میزان و نحوه ی خمیدگی تیرک) به وسیله آشکار ساز انعکاس باریکه لیزر از پشت آن صورت می گیرد (اگر بردار θ ⃗ بیانگر زاویه بین باریکه لیزر فرودی و باز تابیده باشد آنگاه جهت گیری تیرک 2θ ⃗ خواهد بود. )میزان تغییر مکان باریکه لیزر بازتابیده به وسیله یک دیود نوری2 چهار منطقه ای مشخص می شود.
1. Scanning
2. Photodiode
در حالت عادی که لرزانک هیچ انحرافی ندارد (تحت نیروی منحرف کننده ای نیست) باریکه باز تابیده در مرکز دیود نوری قرار دارد به گونه ای که به میزان مساوی هریک از نواحی چهارگانه را می پوشاند. خم شدن تیرک، که بر اثر نیروی سطح به سوزن می باشد، باعث جابه جایی باریکه بازتابیده در صفحه عمودی بر افق و در بردارنده تیرک و تغییر نسبت پوشش باریکه لیزر در نیمه بالایی و پایینی دیود نوری می شود. همچنین پیچش1 تیرک حول محور آن، که به واسطه نیروی عمودی بر سوزن است، باعث جابه جایی افقی باریکه باز تابیده و تغییر نسبت پوشش باریکه لیزر در نیمه سمت راست و سمت چپ می شود.
شکل (3-5) در بیان جابجایی عمودی و افقی شکل (3-6) خمیدگی α ⃗ تیرک موجب جابه جایی 2α ⃗
باریکه لیزر بازتابیده به تیرک بر اثر نیروی عمود باریکه لیزر بازتابیده بر روی دیود نوری می شود.
و مماس بر افق وارد بر تیرک .
از طرفی دیود نوری این قابلیت را دارد که شدت نور لیزر را در هرکدام از نواحی چهار گانه اندازه گیری کند ( این دیود ها از موادی ساخته شده اند که نور فرودی را به جریان الکتریکی تبدیل می کنند)در این صورت از روی نسبت پوششی نواحی چهار گانه با محاسبات ساده هندسه تحلیلی می توان میزان انحراف افقی و عمود بر افق باریکه لیزر را تعیین کرد.
1. Twisting
3-2-3 مدهای مختلف AFM
بر حسب ناحیه عملکرد سوزن، مدهای AFM به سه دسته کلی تماسی1 (تقریباً نزدیکتر از 5 آنگستروم )، شبه تماسی2 (بین 4 آنگستروم تا 30 آنگستروم) و غیر تماسی3 (بین 30 تا 150 آنستگروم) تقسیم می شوند.
شکل (3-7) نیروهای وارد بر تیرک در فاصله های مختلف از سطح نمونه
مدهای تماسی و شبه تماسی هر کدام بر حسب ارتعاش یا عدم ارتعاش تیرک به دوسته A. C و P. C طبقه بندی می شوند. در ناحیه غیر تماسی بدلیل ناچیز بودن سیگنال نیرو معمولاً فقط از مد A. C استفاده می شوند.
3-2-4 مدهای تماسی
مطابق تعریف به ناحیه ای «ناحیه ی تماس» می گویند که نیروی بین سوزن و سطح دافعه باشد. در مقایسه با مد های دیگر نیروی وارد شده به سطح در مدهای تماسی بزرگتر است. از طرفی به دلیل تماسی پیوسته سوزن با سطح حین فرآیند روش نیروهای اصطکاک قابل توجهی (علاوه بر نیروی عمودی) به سطح و سوزن وارد می شود که موجب آسیب دیدگی سطوح حساس و کند شدن سوزن می گردد.
1. Contact mode
2. Semicontact Mode
3. Noncontact Mode
شکل (3-8) مقایسه نمادین بین حالت تماسی و حالت غیر تماسی
بر این اساس مطالعه سطوح حساس و نرم با مدهای تماسی قدرت تفکیک اندازه گیری را کاهش می دهد و بعضاً باعث بروز خطای سیستماتیک در نتایج می شود. در عین حال بیشترین قدرت تفکیک و دقت اندازه گیری با AFM مربوط به بررسی سطوح سخت با سوزن های نازک و فوق تیز و سخت در مد تماسی می باشد.
3-2-5 روش های شبه تماسی
همانطور که قبلاً گفته شد به ناحیه بین تماسی و غیر تماسی به علاوه بخش کوچکی از ناحیه تماسی (حدود 4 آنگستروم تا 30 آنگستروم) ناحیه شبه تماسی می گویند. شایان ذکر است که ناحیه شبه تماسی، اندکی با ناحیه تماسی همپوشانی دارد. به منظور دستیابی به نسبت سیگنال به نویز حداکثر مدهای متناوب (A. C) در این ناحیه استفاده می شود.
حین فرآیند روبش ناحیه نوسانات تیرک به گونه ای است که به ناحیه تماسی هم نفوذ می کند و در هر دوره تناوب یکبار سطح را لمس می کند (تحت نیروی دافعه قرار می گیرد). با کاهش ارتفاع پیزو الکتریک تیرک در حال نوسان به سطح نزدیک می شود. در این شرایط دامنه اش کاهش می یابد و از روی اندازه کاهش دامنه فاصله پیزو الکتریک از سطح تعیین می شود[45-47] .
3-3 میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
اساس میکروسکوپ الکترونی روبشی مبتنی بر روبش تناوبی سطح توسط باریکه کانونی شده ای است که به کمک راستری1 مشابه آن چه در تلویزیون به کار می رود منحرف می شود. تصویر باید روی صفحه ای با پس تاب طولانی نمایش داده شود. اگر میکروسکوپ برای مد عبور ساخته شده باشد، این مزیت را دارد که نمونه آزمون بسیار کمتر از باریکه مورد میکروسکوپ عبوری کلاسیک از باریکه تأثیر می پذیرد. هر چند ممکن است این میکروسکوپ عمدتاً برای تشکیل تصویر از سطح نمونه آزمون ساخته شود. طرحی از این میکروسکوپ در شکل (3-9) نشان داده شده است.
شکل (3-9) طرحی از میکروسکوپ الکترونی روبشی
باریکه از الکترونهای خروجی از یک تفنگ الکترونی توسط سه عدسی الکترونی EL کانونی می شود. بین عدسی های دوم و سوم، باریکه به وسیله سیستم پیچه های منحرف کننده متناوباً منحرف می شود، در نتیجه باریکه الکترونی سطح مورد بررسی را جاروب می کند. وقتی باریکه با سطح برخورد کند، الکترونهای ثانویه گسیل می شوند که به وسیله یک میدان الکتریکی به سمت جمع کننده k کشیده می شوند. در هر لحظه شدت جریانی که توسط جمع کننده ثبت می شود، با خواص گسیلی ناحیه ای که در برخورد درگیر شده، تعیین می شود. بسته به ولتاژ های اعمال شده، همه الکترونهای ثانویه یا فقط الکترونهایی که به طور کشسان باز تابیده اند را می توان جمع کرد. سیگنال توسط تکثیر کننده الکترونها تقویت می شود و یک تقویت کننده دیگر به طور سری به آن متصل است. این سیگنال روشنایی کله راروی صفحه لامپ پرتوکاتدی که راستری اش با راستری میکروسکوپ همزمان شده تعیین می کند.
1. raster
روی صفحه لامپ، تصویری از سطح نمونه آزمون تشکیل می شود که اساساً متناظر با توزیع ضریب گسیل ثانویه و شکل هندسی سطح است، که به نوبه ی خود شکل میدان الکتریکی نزدیک سطح را تغییر می دهد. کنتراست، توسط عامل های فیزیکی ایجاد می شود، که اساساً متفاوت از عامل هایی است که در میکروسکوپ الکترونی عبور تولید کنتراست می کند. توان تفکیک دستگاه اولاً با این واقعیت که قطر باریکه الکترونی روبشگر را نمی توان به طور دلخواه کم کرد، و همچنین با این واقعیت که الکترونهای ثانویه همیشه در ناحیه معین و مشخص حول جایگاه برخورد تولید می شوند، محدود می شود.
برای دستیابی به کنتراست، لازم است که تعداد کافی از الکترونهای اولیه به نمونه آزمون برخورد کنند تا اینکه اختلاف های واقعی در گسیل ثانویه توسط افت و خیزهای آماری جریان پوشیده نشوند. بنابراین هرچه چگالی جریان باریکه بیشتر باشد و زمان بررسی (یعنی زمانی که در خلال آن باریکه روی لکه معینی کانونی می شود) طولانی تر شود، جزئیات بیشتری را می توان مشاهده کرد. بنابراین محدودیت توان تفکیک، در حدود A°100 و کمتر از توان تفکیک میکروسکوپ عبوری است. اما بر خلاف میکروسکوپ عبوری دارای عمق کانونی بسیار بزرگتری است. این ویژگی در بررسی مدار های یک پارچه و در زمینه های دیگر مثلاً زیست شناسی، مهم است. بزرگنمایی این میکروسکوپ را می توان در گستره بزرگی تغییر داد (یعنی، از 20 تا 50000)، در حالی که باریکه الکترونی نمونه آزمون را به طور بسیار جزئی متأثر می سازد. در سال های اخیر میکروسکوپ روبشی بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر مد گسیلی اغلب در SEM مد رسانش نیز به کار می رود. سیگنال هایی که در این مد استفاده می شوند، جریان ها یا ولتاژ های القاشده در نمونه آزمون به وسیله بمباران باریکه الکترونی هستند.
اصولاً سه نوع سیگنال در این حالت مورد استفاده قرار می گیرد که در شکل(3-10) نمایش داده شده اند.
شکل (3-10) سه نوع سیگنال در مد رسانایی SEM : (الف) جریان نشتی اندازه گیری می شود. (ب) جریان ناشی از اثرهای الکترون ولتایی اندازه گیری می شود. (ج) هدف دارای بایاس خارجی است و جریان ناشی از رسانایی القاشده الکترونی اندازه گیری می شود
در حالت (الف) جریان نشتی باریکه اولیه IP که از طریق نمونه آزمون به زمین می رود، تقویت و به شکل سیگنال ویدئو آشکار می شود یا به روشی دیگر ثبت می شود. در حالت (ب) اگر نمونه آزمون اثر های الکترون ولتایی از خودنشان دهد، که نیروی محرکه الکتریکی تولید می کنند و جریان ها را در مدار خارجی به حرکت در می آورند، جریان های تجمع باری در نبود هر چشمه ولتاژ خارجی تشکیل سیگنالی را می دهند. در حالت (ج) بایاس خارجی اعمال می شود و ممکن است تغییرات جریان تجمع باری را که ناشی از رسانایی القایی باریکه الکترونی است، به دست آورد. در این حالت سیگنال مشاهده شده نه تنها به اثر القا شده به وسیله باریکه الکترونی در نمونه آزمون بستگی دارد، بلکه با پارامتر های مدار آشکار سازی نیز بستگی دارد. عموماً مقاومت نمونه آزمون به صورت ساده اهمی نیست، بلکه ظرفیت قابل ملاحظه ای دارد، اتصال ها ممکن است همیشه اهمی نباشند، و اغلب ثابت زمانی کل مدار ناچیز نیست. همه این شرایط را باید در تفسیر نتیجه های این نوع SEM، که غالباً برای بررسی نیم رسانا ها مناسب است، در نظر بگیریم.
نمونه هایی از کاربرد SEM :
1- بررسی نمونه های متالوگرافی، در بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری
2- شناسایی مشخصات شیمیایی اجزای به کوچکی چند میکرون روی سطح نمونه ها، برای مثال فازهای رسوبی
3- ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونه ها در فاصله ای به کوچکی 1μ_m
4-بررسی قطعات نیمه هادی برای آنالیز شکست، کنترل عملکرد و تأیید طراحی نمونه ها. [48]
3-4 میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)
میکروسکوپ الکترونی عبوری یکی از ابزار های مورد استفاده در فناوری ها و علوم مختلف از جمله نانو فناوری می باشد. اساس کار آن شبیه میکروسکوپ نوری است اما در آن به جای پرتو های نور از پرتو های الکترون استفاده می شود. با این نوع میکروسکوپ می توان اتم ها را مشاهده نمود، چراکه وضوحی در حدود 2/0 نانومتر دارد. استفاده از این میکروسکوپ و

مطلب مشابه :  پایان نامه دربارهطلاق، استاد راهنما، رشته حقوق

دیدگاهتان را بنویسید