Введение
Аналитический обзор 27
1.1. Введение 27
1.2.1. Химический контраст в СЗМ изображениях поверхностей сколов многослойных полупроводниковых гетероструктур 28
1.2.2. СЗМ потенциометрия полупроводниковых приборных структур с высоким пространственным разрешением 30
1.2.3. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия распределений света на зеркалах полупроводниковых лазеров 37
1.2.4. Воздушно-водородные топливные элементы 38
1.3. СЗМ исследования пьезоэлектрических материалов 39
1.4. СЗМ зонды со сглаженной геометрией кончика 42
Глава 2. Приборные наноструктуры 45
2.1. Химический контраст в СЗМ изображениях поверхностей сколов эпитаксиальных полупроводниковых гетероструктур 45
2.1.1. Постановка СЗМ исследований на многослойной приборной структуре 45
2.1.2. Распознавание устройства гетероструктуры по особенностям рельефа поверхности скола 49
2.1.3. Проявление механических напряжений на поверхности скола 51
2.1.4. Окисление и коррозия как факторы химического контраста в рельефе гетерослоев на сколе 56
2.1.5. Несколько примеров выявления нанометрово тонких гетерослоев 58
2.1.6. Выводы 61
2.2. Измерение падения напряжения внутри полупроводникового прибора 63
2.2.1. Краткое содержание раздела 63
2.2.2. Принципы Электростатической Силовой Микроскопии 64
2.2.3.1. ЭСМ измерения в режиме регистрации электростатической силы 68
2.2.3.2. ЭСМ измерения в режиме регистрации фазы механических колебаний
2.2.4. Пространственное разрешение ЭСМ метода 77
2.2.5.1. Программно-аппаратный комплекс диагностики распределений потенциалов в приборной структуре 81
2.2.5.2. Адаптация СЗМ установки к потенциометрическим исследованиям сколов образцов приборных гетероструктур 84
2.2.6.1. Определение инструментального вклада в ЭСМ измерениях 88
2.2.6.2. Исследование эталонных образцов 89
2.2.6.2.1. Эталонная структура первого типа 91
2.2.6.2.2. Эталонная структура второго типа 100
2.2.6.3. Выводы 102
2.2.7.1. Исследование распределения внешнего смещения в работающем лазере 104
2.2.7.2. Выводы 114
2.3. Наблюдение поверхностной утечки неосновных носителей из прямо смещенного рп перехода 115
2.3.1. Условия наблюдения и измеряемые сигналы 115
2.3.2. Несоответствие между локальным потенциалом на поверхности и потенциалом в объеме полупроводниковой структуры 116
2.3.3. СКЗМ измерения распределений потенциалов в лазерных диодах при высоком уровне накачки (режим постоянного и импульсного питания) 117
2.3.4. Механизмы утечки неосновных носителей из активной области инжекционного лазера 130
2.3.5. Выводы 139
2.4. Определение состава поперечных оптических мод на зеркале мощного полупроводникового лазера 141
2.4.1. Краткая характеристика методики 141
2.4.2. Постановка задачи исследования 142
2.4.3. Описание установки для СБОМ измерений 143
2.4.4.1 Аттестация субволновой апертуры на образце с InP/GalnP КТ 145
2.4.4.2. Мощный полупроводниковый лазерный диод 148
2.4.4.2.1. Анализ расходимости излучения в дальнем поле 148
2.4.4.2.2. Моделирование ближнего поля 150
-4 2.4.4.2.3. Результаты эксперимента и сопоставление с моделированием 151
2.4.5. Выводы 154
2.5. Диагностика составных частей многокаскадных солнечных элементов, используя СКЗМ и локальное фотовозбуждение 156
2.5.1. Вводные замечания 156
2.5.2. Мотивация исследований и формулировка задачи 158
2.5.3. Экспериментальные результаты, качественное моделирование, обсуждение 159
2.5.4. Выводы 167
2.6. Диагностика воздушно-водородных топливных элементов и составляющих материалов с помощью СЗМ 168
2.6.1. Описание задач для СЗМ и особенностей измерений 168
2.6.2. Устройство каталитического слоя 170
2.6.3. Описание результатов измерений 171
2.6.4. Выводы 179
Глава 3. Экспериментальная наномеханика 181
3.1. Краткое содержание 181
3.2. Сканирующая зондовая микроскопия поляризационных доменов в сегнетоэлектрических пленках 183
3.2.1. Особенности СЗМ диагностики сегнетоэлектриков, сигнал электромеханического отклика 183
3.2.2. Полезная и паразитная компоненты сигнала ЭМО 184
3.2.3. Описание образцов и особенностей измерений 189
3.2.4. Эксперимент и обсуждение результатов 190
3.2.5. Выводы 198
3.3. Выявление условий закрепления подвешенных нанообъектов для более точных измерений модуля Юнга 199
3.3.1. Краткое содержание 199
3.3.2. Трехточечная АСМ методика измерений модуля Юнга 200
3.3.3. Теоретический анализ прогиба туго натянутой струны, балки с различными вариантами закрепления концов 202
-5 3.3.4. Алгоритм обработки данных трехточечных АСМ измерений 208
3.3.5. Экспериментальные результаты и обсуждение 208
3.3.6. Выводы 214
3.4. Измерение силы удара зонда по образцу в атомно-силовом микроскопе, работающем в режиме амплитудной модуляции (тэппинг режим) 215
3.4.1. Мотивация 215
3.4.2. Количественный контроль сил взаимодействия зонд образец в различных режимах работы АСМ 217
3.4.3.1. Теоретический анализ АСМ режима частотной модуляции 218
3.4.3.2. Теоретический анализ АСМ режима амплитудной модуляции (тэппинг режим) 220
3.4.3.3. Численное моделирование силы удара при гармоническом потенциале взаимодействия 221
3.4.4. Результаты измерений и их анализ 223
3.4.5. Выводы 228
Глава 4. Особенности применения сканирующей зондовой микроскопии в исследованиях мягких объектов 230
4.1. Калиброванные по размерам и форме сферические зонды из субмикронных коллоидных частиц для АСМ 230
4.1.1. О нижней границе сил взаимодействия зонда с образцом при проведении информативных АСМ исследований в жидкости 230
4.1.2. Способ изготовления субмикронных коллоидных зондов калиброванного радиуса кривизны 234
4.1.3. Выводы 239
4.2. Исследование механических свойств тонких пленок полисилоксановых блок-сополимеров 240
4.2.1. Краткое содержание 240
4.2.2. Полисилоксановые блок-сополимеры как объект для АСМ исследования 241
4.2.3. Описание образцов, методик измерений и анализа данных 242
4.2.4. Исследование морфологии рельефа и механических свойств образцов с помощью стандартных зондов 244
-6 4.2.5. Исследование механических свойств образцов с помощью специальных зондов с калиброванной формой и размерами; определение характерного сценария для процесса индентирования 248
4.2.6. Выводы 254
4.3. Диагностика живых клеток в атомно-силовом микроскопе, используя субмикронный сферический зонд калиброванного радиуса кривизны 256
4.3.1. Эволюция АСМ методик неинвазивных исследований живых клеток 256
4.3.2. Текущее состояние дел в области АСМ диагностики живых клеток, постановка задачи исследования 259
4.3.3. Описание образцов и методик исследования 260
4.3.4. Неинвазивное АСМ исследование живых клеток линий L41 и А549 262
4.3.5. Выводы 267
Заключение 268
Благодарности 274
Список литературы
