52. Сравните квантовые нити и квантовые точки
Квантовыми нитяминазываются наноструктуры, в которых движение носителей заряда квантовано в двух направлениях.
Квантовыми точкамина зываются наноструктуры, в которых движение носителей заряда квантовано во всех трех направлениях.
Явление отсутствия тока при приложении разности потенциалов к наноструктуре с квантовой точкой из-за невозможности туннелирования электронов через потенциальный барьер вокруг точки называется кулоновской блокадой (СВ).
Минимальное напряжение, необходимое для преодоления кулоновской блокады, равно:
где С – емкость квантовой точки.
Его называют напряжением отсечки квантовой точки или напряжением кулоновской блокады.
Терминами «квантовые точки» или «искусственные атомы» обозначаются кристаллы сверхмалых размеров (около 10–20 нм), состоящие из 103-105 атомов, в которых, как в отдельных атомах, проявляются квантовые, то есть дискретные, свойства электронов. Подобно настоящему атому, квантовая точка может содержать один или несколько электронов. Если один электрон, то это как бы искусственный атом водорода, если два – атом гелия и т.д. Физические свойства таких нанокристаллов могут принципиально отличаться от массивных кристаллов, например вещество с металлическими свойствами только за счет уменьшения размеров может перейти в диэлектрическое состояние. Наноструктуры с размерным квантованием, созданные искусственно в твердом теле, к которым, кроме квантовых точек, относят также квантовые ямы, квантовые нити и квантовые сверхрешетки, стали в последнее время объектами интенсивного исследования. Интерес к ним существует уже не только
53 Проанализируйте физические и технические основы работы растровых электронных микроскопов
Растровый (сканирующий) электронный микроскоп (РЭМ, СЭМ) — прибор, позволяющий получать изображения поверхности образца с большим разрешением (несколько нанометров). Ряд дополнительных методов позволяет получать информацию о химическом составе приповерхностных слоёв.
Тонкий электронный луч генерируется электронной пушкой, которая играет роль источника электронов, совмещенного сэлектронными линзами, которые играют ту же роль по отношению к электронному пучку как фотонные линзы в оптическом микроскопе к световому потоку. Катушки, расположенные согласно двум взаимоперпендикулярным направлениям (x, y), перпендикулярным направлению пучка (z) и контролируемые синхронизированными токами, позволяют подвергнуть зонд сканированию подобно сканированию электронного пучка в электронно-лучевой трубке телевизора. Электронные линзы (обычно сферические магнитные) и отклоняющие катушки образуют систему, называемую электронной колонной. В современных РЭМ изображение регистрируется исключительно в цифровой форме.
Основа сканирующего электронного микроскопа — электронная пушка и электронная колонна, функция которой состоит в формировании остросфокусированного электронного зонда средних энергий (10 — 50 кэВ) на поверхности образца. Прибор оснащен вакуумной системой (в современных моделях микроскопов высокий вакуум желателен, но не обязателен). Также в каждом РЭМ есть предметный столик, позволяющий перемещать образец минимум в трех направлениях. При взаимодействии зонда с объектом возникают несколько видов излучений, каждое из которых может быть преобразовано в электрический сигнал. В зависимости от механизма регистрирования сигнала различают несколько режимов работы сканирующего электронного микроскопа: режим вторичных электронов, режим отражённых электронов, режим катодолюминесценции и др.
РЭМ оснащаются детекторами позволяющими отобрать и проанализировать излучение возникшее в процессе взаимодействия и частицы изменившие энергию в результате взаимодействия электронного зонда с образцом. Разработанные методики позволяют исследовать не только свойства поверхности образца, но и визуализировать информацию о свойствах подповерхностных структур.
Преимущества РЭМ:
• значительная глубина резкости изображения (объемность);
• большие размеры объектов;
• простота системы электронной оптики;
• большой диапазон увеличений: от 3-х раз до 150 000 раз.
Размер электронного зонда и размер области взаимодействия зонда с образцом намного больше расстояния между атомами мишени. Таким образом, разрешение сканирующего электронного микроскопа не настолько велико, чтобы отображать атомарные масштабы, как это возможно, например, в просвечивающем электронном микроскопе. Однако, сканирующий электронный микроскоп имеет свои преимущества, включая способность визуализировать сравнительно большую область образца, способность исследовать массивные мишени (а не только тонкие пленки), а также разнообразие аналитических методов, позволяющих измерять фундаментальные характеристики материала мишени. В зависимости от конкретного прибора и параметров эксперимента, может быть получено разрешение от десятков до единиц нанометров.
Получение изображения исследуемого образца может сильно меняться в зависимости от применяемого типа детектора. Эти различия позволяют делать вывод о физике поверхности, проводить исследование морфологии поверхности. Электронный микроскоп практически единственный прибор, который может дать изображение поверхности современной микросхемы или промежуточной стадии фотолитографического процесса.