Atomic resolution imaging and force spectroscopy of silicon surfaces with atomic force microscopy
Silikon yüzeyinin atomik kuvvet mikroskopisi ile atomik çözünürlükte görüntülenmesi ve kuvvet spektroskopisi
- Tez No: 112575
- Danışmanlar: DOÇ. DR. RECAİ ELLİALTIOĞLU, YRD. DOÇ. DR. AHMET ORAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Taramalı Tünelleme Mikroskobu, Atomik Kuvvet Mikroskobu, Fiber İnterferometresi, Yay, Kuvvet-uzaklık Spektroskopisi, Küçük Salınım Genlikleri, Si(100) 2x1, Si(lll) 7x7, Cu(100), Atomik Çözünürlük, Kısa-menzilli Kuvvetler, Uzun-menzilli Kuvvetler, Etkileşim Menzili, Bağlanma Enerjisi, Lifler, Silisyum, Scanning Tunnneling Microscope, Atomic Force Microscope, Fiber Interferometer, Cantilever, Force-distance Spectroscopy, Small Oscillation Amplitudes, Si(100) 2x1, Si(lll) 7x7, Cu(100), Atomic Resolution, Short-range Forces, Long-range Forces, Interaction Length Scale, Binding Energy, Fibers, Silicon, Scanning tunnelling microscope
- Yıl: 2001
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
ÖZET SİLİKON YÜZEYİNİN ATOMİK KUVVET MİKROSKOPİSİ İLE ATOMİK ÇÖZÜNÜRLÜKTE GÖRÜNTÜLENMESİ VE KUVVET SPEKTROSKOPİSİ Hakan Özgür Özer Fizik Doktora Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Recai Ellialtıoğlu Yd. Tez Yöneticisi: Yd. Doç. Dr. Ahmet Oral Temmuz 2001 Çok küçük salınım genlikleriyle (0.5 Âpp) çalışmak üzere, fiber interferometri temeline dayalı yeni bir Atomik Kuvvet Mikroskobu/Taramalı Tünelleme Mikroskobu (AKM/TTM) yaptık. İnterferometre 5 x 10~4 Â/-\/Hz ölçülmüş hassasiyete sahiptir. Küçük salınım genlikleri kullanılması bize atomlararası kuvvet gradyanlarmı doğrudan ve nicel olarak ölçme olanağı sağladı. Mikroskop Si(100) 2x1, Si(lll) 7x7 ve Cu(100) yüzeylerinin incelenmesinde kullanıldı. Tipik yay sabitleri yaklaşık 150 N/m olan, kendi yaptığımız W yaylar kullandık. Adı geçen yüzeylerin eş-zamanlı TTM, kuvvet ve kuvvet gradyanı görüntüleri elde edildi. Yüksek çözünürlükteki Si(100) yüzeyi görüntüleri çiftil dizilerini, kusurları, yüzeye tutunan atomları, hatta tek çiftlileri gösterdi. Kuvvet gradyanı görüntülerindeki çiftil yüksekliklerinin, tarama sırasındaki uç-yüzey aralığına bağlı olarak 2 ile 4 N/m arasında değiştiği gözlendi. Si (111) yüzeyi üzerindeki deneyler, yüzey atomları ve köşe deliklerinin yanısıra atomik boyutta kusurları sergileyen atomik çözünürlüklü görüntüler verdi. Her iki yüzeyin bazı taramalarında, kuvvet görüntülerinde bile atomik çözünürlük elde edildi. Kuvvet gradyanı görüntülerindeki kontrast genelde TTM görüntüsü kontrastını takip etmesine rağmen, iki görüntüde birbirine göre ters kontrastlı olarak boy gösteren bazı yapılar gözledik. Ayrıca, ilkdefa Angstrom altı salınım genlikleri kullanarak, Si(100) ve Si(lll) yüzeyleri üzerinde Kuvvet-uzaklık (F - d) spektrokopisi deneyleri yaptık. F - d ölçümlerinde, örnek uca doğru yaklaştırılırken ve geri çekilirken kuvvet, kuvvet gradyanı ve tünel akımı kaydedildi. Temelde iki çeşit F - d eğrisi gözlendi. Uçların bazıları, uzun etkileşim mesafeleri sergileyen kuvvet gradyanı eğrileri verdiler ki, bu da kısa menzilli kuvvetlere göre baskın olan van der Waals ve elektrostatik kuvvetlerin belirtisidir. Bazı uçlar da uç ile yüzey arasındaki kovalent bağlanma etkileşimini ölçmemize olanak sağladı. F - d verilerinin detaylı analizi, iki grup uç için eğilme yarıçapını sırasıyla ~65 nm ve ~18 nm olarak verdi. Uç ve örnek arasındaki kısa menzilli etkileşimleri tanımlayan önemli parametreler Si yüzeyleri üzerindeki F - d verileri kullanılarak hesaplandı. Bağlanma enerjisi ve etkileşim menzili W uç-Si(lOO) örnek sistemi için sırasıyla 3.25 eV ve 1 Â, W uç-Si(lll) örnek sistemi için ise sırasıyla 3.42 eV ve 0.54 Â olarak bulundu. Si(100) 2x1 yüzeyindeki F - d spektroskopisi sırasında alman faz ölçümleri, yayın bir salmımı sırasında kaybedilen enerjiyi hesaplamamızı sağladı. Uç-yüzey etkileşimine bağlı sönmeden kaynaklanan enerji kaybı yaklaşık olarak sisteme verilen enerjiye eşittir ve ~80 meV olarak bulunmuştur. Cu(100) yüzeyinin TTM ile görüntülenmesi sırasındaki kuvvet etkilerini ortaya çıkarmak amacıyla görüntüleme deneyleri yapıldı. Atomik çözünürlükte kuvvet gradyanı görüntüleri elde edilirken eş-zamanlı TTM görüntülerinde belirgin bir kontrast olmaması teorik beklentilerle de uyumludur.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT ATOMIC RESOLUTION IMAGING AND FORCE SPECTROSCOPY OF SILICON SURFACES WITH ATOMIC FORCE MICROSCOPY Hakan Özgür Özer Ph. D. in Physics Supervisor: Assoc. Prof. Recai Ellialtıoğlu Co-supervisor: Asst. Prof. Ahmet Oral July 2001 We constructed a new, fiber-interferometer based, non-contact Atomic Force Microscope/Scanning Tunneling Microscope (nc-AFM/STM) to work with ultra-low oscillation amplitudes, down to 0.5 Âpp. The interferometer has a measured sensitivity of 5 x 10-4 Â/yTÎz- The use of very small oscillation amplitudes allowed us to measure interatomic force gradients directly and quantitatively. The microscope is used to investigate Si(100) 2x1, Si(lll) 7x7 and Cu(100) surfaces. We used home-made W levers with a typical stiffness of about 150 N/m. Simultaneous STM, force and force gradient images of the mentioned surfaces were obtained. The high resolution images of Si(100) surface showed dimer rows, defects, adsorbates, and even individual dimers. The dimer corrugations in the force gradient images were found to change between 2 to 4 N/m depending on the tip-sample separation during the scan. The experiments on Si(lll) surface revealed atomic resolution images exhibiting atomic size defects as well as adatoms and corner holes. In some scans of both surfaces of Si, atomic resolution is achieved even in the force images. Although the force gradient image contrast follows STM image contrast in general, we observed some features which show up with aninverted contrast between STM and force gradient images. We also carried out Force- distance (F - d) spectroscopy experiments on Si(100) and Si(lll) surfaces using sub- Ângstrom oscillation amplitudes for the first time. In F - d measurements, force, force gradient and tunnel current are recorded as the sample is approached towards the tip and retracted back. There were basically two kinds oîF-d curves. Some of the tips revealed force gradient curves exhibiting a long interaction range, which is an indication of long range van der Waals and electrostatic forces which are dominant over the short-range forces. Some other tips allowed us to resolve short-range covalent bonding interactions between the tip and the sample. The detailed analysis of the F - d data gave us approximate radius of curvature for the two groups of tips to be ~65 nm and ~18 nm, respectively. The relevant parameters describing the short-range interaction between the tip and the sample were calculated from the F - d data on Si surfaces. Binding energy and interaction length scale for W tip-Si(lOO) sample system is 3.25 eV, and 1 Â, respectively, whereas they are 3.42 eV and 0.54 Â for W tip-Si(lll) sample system. The phase measurements during F - d spectroscopy on Si(100) 2x1 surface allowed us to calculate the energy dissipation per cycle of oscillation of the cantilever. The energy loss due to tip-sample interaction damping is approximately equal to the energy input to the system, and is found to be ~80 meV. We carried out preliminary imaging experiments on Cu(100) in order to figure out the effect of forces in STM imaging of this surface. We obtained atomic resolution force gradient images, whereas there were no remarkable contrast in the simultaneous STM image, which is compatible with the theoretical predictions.
Benzer Tezler
- Noise analysis of interdigital cantilevers for atomic force microscopy
Atomik kuvvet mikroskobu için birbirine geçmiş parmaklı kaldıraçların gürültü çözümlemesi
GÖKSEN GÖKSENİN YARALIOĞLU
Doktora
İngilizce
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- Design of driver electronics for 32 cantilevers in atomic force microscopy
Atomik kuvvet mikroskobunda 32 kaldıraç için elektronik devre tasarımı
MÜJDAT BALANTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- Development of nano Hall sensors for high resolution scanning Hall probe microscopy
Yüksek çözünürlüklü taramalı Hall aygıtı mikroskobu için nano hall algılayıcıların geliştirilmesi
MÜNİR DEDE
Doktora
İngilizce
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ORAL
- Doğu-batı ilişkileri ve nükleer güç
Başlık çevirisi yok
KADRİ KEMAL GÜNEŞ
Doktora
Türkçe
1987
Uluslararası İlişkilerAnkara ÜniversitesiSiyaset Bilimi ve Kamu Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ORAL SANDER
- Taramalı tünelleme elektron mikroskop yapımı ve temel bilimlere uygulamaları
Construction of a scanning tunelling electron microscope and its applications to life science
ÇAĞRI ÇIRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Fizik ve Fizik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. SUAT ÖZKORUCUKLU