تصویربرداری از میدان‌های کششی نانومقیاس با استفاده از روش میکروسکوپی جدید


New Page 1

یک گروه مشترک از محققان CIC nanoGUNE (سن سپاستین
اسپانیا) و موسسه بیوشیمی و فیزیک پلاسما ماکس پلانک (مونیخ آلمان)
توانسته‌اند به صورت غیرمخرب و با تفکیک‌پذیری نانومقیاس، از میدان‌های
کششی نیمه‌رساناها با استفاده از تابش مادون قرمز نقشه‌برداری کنند. این
روش که بر میکروسکوپی میدان نزدیک استوار است، امکانات جدیدی برای تحلیل
ویژگی‌های مکانیکی مواد با کارایی بالا، یا نقشه‌برداری از رسانایی موضعی
ابزارهای الکترونیکی مهندسی شده‌، در اختیار محققان قرار می‌دهد.

تعیین میزان کشش در مقیاس‌‌های کمتر از 100 نانومتر از اهمیت بسیار بالایی
در اندازه‌گیری‌های پیشرفته برخوردار است، زیرا مقدار کشش، به ترتیب
تعیین‌کننده ویژگی‌های مکانیکی و الکتریکی سرامیک‌ها و ابزارهای الکترونیکی
پیشرفته است. با این حال، تعیین نقشه کشش به صورتی غیرمخرب و در مقیاس
نانو، هنوز یک چالش به شمار می‌رود.

یکی از روش‌های نویدبخش برای تعیین نقشه ویژگی‌های مواد در مقیاس نانومتری،
میکروسکوپی نوری روبشی میدان نزدیک از نوع پراشی (s-SNOM) است. بخشی از این
گروه تحقیقاتی در استفاده از این روش متخصص بوده و می‌توانند ترکیب شیمیایی
نانوساختارها را مشخص نموده و نقشه رسانایی محلی در نانوابزارهای
نیمه‌رسانای صنعتی را تعیین کنند. در این روش از غلظت بالای نور در نوک یک
میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده شده و تصاویری با تفکیک‌پذیری نانومقیاس در
محدوده فرکانس‌های مرئی، مادون قرمز، و تراهرتز به دست می‌آید. بدین ترتیب
s-SNOM سد ناشی از ضریب شکست را از طریق طیف الکترومغناطیسی از بین برده و
با قدرت تفکیک‌پذیری 20 نانومتری خود، نیاز نانوعلم و فناوری نانو را برطرف
می‌سازد.

حال این گروه پژوهشی به صورت تجربی کارایی این روش میکروسکوپی را در
نقشه‌برداری از کشش‌های و شکاف‌های موضعی نانومقیاس نشان داده‌اند. این کار
با فشار دادن یک نوک تیز از جنس الماس روی سطح یک بلور کربید سیلیکون عملی
شد. این پژوهشگران توانستند با استفاده از میکروسکوپی میدان نزدیک، از
میدان‌های کششی حول نقطه فشار و ترک‌های نانومقیاسِ ایجاد شده، تصویربرداری
کنند.

آندریاس هابر که این تصویربرداری‌ها را به عنوان بخشی از پایان‌نامه دکترای
خود انجام داده است، می‌گوید: « مزیت این روش در مقایسه با روش‌های دیگری
همچون میکروسکوپی الکترونی، تصویربرداری غیرمخرب بدون نیاز به آماده سازی
خاص نمونه است. از کاربردهای فنی این روش می‌توان به تصویربرداری از
شکاف‌های نانومقیاس قبل از رسیدن به اندازه بحرانی (مثلاً در سرامیک‌ها یا
سیستم‌های میکروالکترومکانیکی) و مطالعه نحوه گسترش ترک‌ها اشاره کرد.