НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Факультет Автоматики и Электроники
Кафедра Микро- и наноэлектроники Курс «Компьютерный Практикум» ИНСТРУМЕНТЫ НАНОТЕХНОЛОГА  Работу выполнил:
студент Воронцов Е. С.
группа А4-09
Преподаватель:
доцент Лапшинский В. А. Содержание
1) основной недостаток световых увеличительных приборов
2) электронный микроскоп
3) атомно-силовой микроскоп
4) спектроскопия
5) наноманипуляторы
6) нанофабрика
Глоссарии
Критерий Релея – предельное разрешение микроскопа не может быть больше половины длины волны освещающего объект света.
Угловой размер предмета – отношение высоты предмета к расстоянию до него.
Кантилевер - устоявшееся название наиболее распространенной в сканирующей атомно-силовой микроскопии конструкции микромеханического зонда.
Спектр – это распределение интенсивности электромагнитного излучения по длинам волн. Первым из когда-либо изобретенных увеличивающих приборов стала простая стеклянная линза. На ее основе были созданы сложные оптические системы – микроскоп, телескоп, подзорная труба, бинокль и т.д. Далее будут рассматриваться только системы типа микроскопа. Самые совершенные из них способны увеличивать угловой размер предмета в 1500 раз.
Однако развитие волновой оптики показало, что световые приборы имеют предел разрешающей способности, описываемый критерием Релея. Были созданы ультрафиолетовые микроскопы, с помощью которых можно наблюдать предметы размером в десятки нанометров. Электронный микроскоп
Принципом его работы является использование пучка электронов вместо света (рисунок 1). Электроны, как и фотоны, из которых “состоит” свет, имеют частоту, причем много большую, следовательно, и разрешающая способность микроскопа на электронной основе будет гораздо больше. Увеличение электронного микроскопа может достигать 10 миллионов, что позволяет рассмотреть объекты размером порядка нанометра – крупные атомы.
Атомно-силовой микроскоп
Атомно-силовой микроскоп представляет собой систему образец + игла (кантилевер). На малых расстояниях между двумя атомами, один на подложке, другой на острие, при расстоянии около одного ангстрема действуют силы отталкивания, а на больших — силы притяжения. Величина этого усилия экспоненциально зависит от расстояния образец-игла. Отклонения зонда при действии близко расположенных атомов регистрируются при помощи измерителя наноперемещений, в частности, используют оптические, ёмкостные или туннельные сенсоры. Добавив к этой системе устройство развёртки по осям X и Y, получают сканирующий АСМ. Спектроскопия
Для изучения наноструктур важно знать не только их массу или расположение атомов, но и то, из чего они состоят. Определять химический состав образцов – т.е. содержание в них атомов тех или иных элементов – позволяют методы спектроскопии, использующие различные приборы для исследования спектров излучения, поглощения, отражения, рассеяния и др. Различают следующие типы спектрометров:
• рентгенофлуоресцентный спектрометр,
• искровой оптико-эмиссионный спектрометр,
• лазерный спектрометр,
• ИК-спектрометр,
• спектрометр индуктивно-связанной плазмы,
• атомно-абсорбционный спектрометр,
• масс-спектрометр.
Наноманипулятор
Нанороботы, резво манипулирующие нанотрубками и фуллеренами, выстраивающие из них быстродействующие компьютеры и фабрикаторы – одно из самых заветных желаний любого нанотехнолога. Серьезно, проблематика надежного и точного наноманипулятора достаточно давно обсуждается в нанотехнологических кругах. На заре развития нанотехнологий был даже учрежден приз за производство первого рабочего манипулятора. Он, кстати, до сих пор ждет победителя.
Одним из лидеров в этом направлении является компания Zyvex, которая уже на протяжении нескольких лет выпускает МЭМС – системы из четырех скоординированных между собой наноманипуляторов с тремя степенями свободы каждый, предназначенных для захвата, измерения, позиционирования и сборки микро и наноразмерных образцов (рисунок 3). Устройство обеспечивает как грубое позиционирование каждого манипулятора на 12 мм по всем трем осям с разрешением 100 нм, так и точное позиционирование с разрешением менее 5 нм.
Нанофабрика
Целью создания таких сложных исследовательских приборов является создание, в конце концов, так называемой нанофабрики. Возможность производить любую вещь по желанию ее владельца издревле будоражила умы людей. Вспомните хотя бы мечты алхимиков о философском камне. И вот в конце ХХ века, имея за плечами более основательный багаж знаний о природе, чем в Средние века, человечество вновь возвращается к своей древней мечте, предлагая в качестве подобной “скатерти-самобранки” идею нанофабрики – небольшой установки, способной на молекулярном уровне создавать различные предметы. Список используемой литературы
1. Рыбалкина М., «Нанотехнологии для всех. Большое – в малом», М.: Nanotechnology News Network, 2005;
2. http://ru.wikipedia.org/ - Википедия, свободная энциклопедия. |
