Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём

Представлены исследования стекла системы Ag₂O—B₂O₃. Было установлено, что можно использовать сканирующий туннельный микроскоп для исследования качества обработки поверхности. Также был рассмотрен случай перепада высот при переходе от материала стекла к материалу вставки Ni. Наведено дослідження скла...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Дата:	2012
Автор:	Цысарь, М.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2012
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75293
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём / М.А. Цысарь // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 2. — С. 343-349. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860227880573730816
author	Цысарь, М.А.
author_facet	Цысарь, М.А.
citation_txt	Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём / М.А. Цысарь // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 2. — С. 343-349. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Представлены исследования стекла системы Ag₂O—B₂O₃. Было установлено, что можно использовать сканирующий туннельный микроскоп для исследования качества обработки поверхности. Также был рассмотрен случай перепада высот при переходе от материала стекла к материалу вставки Ni. Наведено дослідження скла системи Ag₂O—B₂O₃. Показано, що можливо використовувати сканувальний тунельний мікроскоп для дослідження якости оброблення поверхні. Також розглянуто випадок перепаду висот при переході від матеріялу скла до матеріялу вставки Ni. Investigation of Ag₂O—B₂O₃ glass is presented. As established, the method of scanning tunnelling microscopy can be used to determine a surface quality. A case of step on boundary between glass and Ni interlayer is also considered.
first_indexed	2025-12-07T18:20:23Z
format	Article
fulltext	343 PACS numbers: 07.79.Cz, 68.35.Ct, 68.37.Ef, 81.40.Pq, 81.65.Ps, 81.30.Tx Исследование стекла системы Ag2O—B2O3 методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём М. А. Цысарь Институт сверхтвёрдых материалов им. В. М. Бакуля НАН Украины, ул. Автозаводская, 2, 04074 Киев, Украина Представлены исследования стекла системы Ag2O—B2O3. Было установле- но, что можно использовать сканирующий туннельный микроскоп для исследования качества обработки поверхности. Также был рассмотрен случай перепада высот при переходе от материала стекла к материалу вставки Ni. Наведено дослідження скла системи Ag2O—B2O3. Показано, що можливо використовувати сканувальний тунельний мікроскоп для дослідження якости оброблення поверхні. Також розглянуто випадок перепаду висот при переході від матеріялу скла до матеріялу вставки Ni. Investigation of Ag2O—B2O3 glass is presented. As established, the method of scanning tunnelling microscopy can be used to determine a surface quality. A case of step on boundary between glass and Ni interlayer is also considered. Ключевые слова: сканирующая туннельная микроскопия, дефектность, свили, боратное стекло, полупроводниковый алмаз. (Получено 18 октября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Нанозондовые технологии нашли широкое применение в различ- ных областях исследования свойств материалов. Применение этих методов для оценки качества поверхности изделий, предназначен- ных для оптических приборов, является весьма актуальной темой. Поскольку стекло является прозрачным, поэтому исследование ка- чества поверхности оптическими методами даёт лишь косвенные Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2012, т. 10, № 2, сс. 343—349 © 2012 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 344 М. А. ЦЫСАРЬ характеристики. В некоторых случаях контроль осуществляется для уже готовых конструкций. Так контроль качества микрообъек- тивов использует метод оценки структуры дифракционного изоб- ражения светящейся точки [1]. Для деталей из бесцветного оптического стекла выдвигаются следующие требования к готовым изделиям [2]: категория и класс по показателю преломления и средней дисперсии; категория по оп- тической однородности; категория по двойному лучепреломлению; категория по показателю ослабления; категория и класс бессвиль- ности; категория и класс по наличию пузырьков; категория по ра- диационно-оптической устойчивости. Некоторые из нормируемых показателей качества влияют не только на оптические характеристики системы, но и на точность конструктивных параметров. Например, области свилей, отлича- ющиеся от основной массы стекла химическим составом, а, следо- вательно, оптическими и механическими свойствами, вызывают как деформацию волнового фронта излучения, прошедшего или от- ражённого, так и дефекты формы поверхности в тех участках, где они выходят наружу. Остаточные напряжения, которые характе- ризуются двойным лучепреломлением, также деформируют волно- вой фронт. Также перераспределение их при изменении толщины стекла в процессе механической обработки детали приводит к её деформации. Наличие пузырьков в стекле есть не только дефектом чистоты полированной поверхности, но и причиной местных ис- кривлений, которые образуются вокруг вскрытых пузырей в ре- зультате их полировки. Поэтому решение задачи выглаживания рельефа поверхности и удаления поверхностных дефектов является весьма актуальным. Однако поскольку стекло принято считать диэлектриком, поэто- му для оценки шероховатости и бездефектности поверхности опти- ческих изделий в ряде работ используется сканирующий силовой микроскоп [3]. Однако стекло системы Ме2О—B2O3, где Ме – это ме- талл (Li, Na, K, Rb, Cs, Ag и Tl), имеет следующие свойства. Соглас- но [4], в щелочно-боратном стекле носителями тока во всем диапа- зоне концентрации Ме2О являются только ионы щелочных метал- лов. О природе носителей тока в бесщелочном боратном стекле от- сутствует единое мнение. Предполагается, что носителями тока яв- ляются примесные щелочные ионы, или электроны, или ионы щё- лочноземельных металлов [5]. Наличие проводимости в стекле поз- воляет использовать сканирующую туннельную микроскопию. Какие же именно преимущества нам даёт использование скани- рующего туннельного микроскопа (СТМ). Напомним, что формиро- вание изображения в СТМ осуществляется двумя способами [6]. Первый способ постоянной высоты, когда острие проходит над по- верхностью с постоянной высотой, тогда изображение формируется ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕКЛА Ag2O—B2O3 МЕТОДОМ СТМ С АЛМАЗНЫМ ОСТРИЁМ 345 за счёт записи изменения величины туннельного тока. И второй ме- тод постоянного туннельного тока, когда изображение формируется за счёт фиксации напряжения обратной связи. Таким образом, СТМ представляет собой электромеханическую систему с отрицательной обратной связью. Величина туннельного тока для СТМ зависит от следующих ве- личин: экспоненциальная зависимость тока от расстояния, от уров- ня Ферми острия и исследуемого материала и работы выхода элек- трона, что, в свою очередь, зависит от однородности по химическо- му составу, как острия, так и исследуемого материала. Следует за- метить, что острие имеет однородную структуру с устоявшимся уровнем Ферми; следовательно, используя СТМ для однородных материалов, мы получаем топограмму поверхности, а для неодно- родного материала карту изменения однородности по химическому составу, которая будет по экспоненциальному закону влиять на ве- личину туннельного тока. Принимая это во внимание, мы можем сделать следующий вывод: СТМ позволит выявить не только пара- метры шероховатости и дефектности поверхности, но и свили. 2. ЭКСПЕРИМЕНТ Специально для этого эксперимента был изготовлен образец, кото- рый представляет собой трёхсекционную призму длиной 20 мм, шириной 10 мм и высотой 5 мм. Две секции сделаны из стекла Ag2O—B2O3, между ними прослойка Ni, толщина слоя 500 мкм. Концентрация Ag2O составила 8%. Образец обрабатывался согласно требованиям, которые обусловлены техническим процессом изго- товления светоделительных призм по ГОСТ 3514-76. Эксперимент выполнялся на сканирующем туннельном микро- скопе в Институте сверхтвёрдых материалов им. В. М. Бакуля НАН Украины. Данная модификация туннельного микроскопа отлича- ется от аналогов тем, что оснащена алмазным острием, из алмаза, легированного бором [7]. Разрешение туннельного микроскопа со- ставляет 1 нм в направлениях, это идеально для осуществления по- ставленной перед нами задачи по исследованию поверхности стекла системы Ag2O—B2O3. Преимущества использования СТМ с алмазным острием в данном случае не подлежит сомнению, поскольку при низкой проводимо- сти образца весьма вероятен контакт с поверхностью, это может привести к поломке острия, а также к загрязнению поверхности остатками острия, что сделало бы экспериментальные данные недо- стоверными. Использование алмазного острия, обладающего повышенной прочностью, даёт уверенность утверждать о достоверности полу- ченных данных. 346 3. АНАЛ Целью э опроверг верхност выявить стики гр жиме по напряже Рис. 1. Ст б – с нал Рис. 2. С стекла Ag ем свилей ЛИЗ ПОЛУ эксперимен гнуть утве ти, выявит ь места сви раницы ме остоянной ение смещ а труктура бо ичием свил а СТМ-изобра g2O—B2O3: а й, размер ка М УЧЕННЫХ нта было н ерждение о ть дефекты илей. Такж жду призм высоты пр ения 700 М оратного дву лей. ажение пов – однород адра 60×60 н М. А. ЦЫСАР Х РЕЗУЛЬТ набрать ст о близкой ы поверхно же заказчи мами. Скан ри таких п МВ, ток ст ухкомпонен верхности дная, размер нм. РЬ ТАТОВ татистику й к атомар ости на на ика интере нирование параметрах табилизаци нтного стекл боратного р кадра 60× и подтверд рной гладк аноуровне, есовали ха выполнял х: полярно ии 0,5 на в б ла: а – одн б двухкомпо ×60 нм; б – дить или кости по- , а также арактери- лось в ре- ость «+», время за- нородного; онентного с наличи- ИССЛЕДО писи дан 60×60 нм менталь всей пов нено по 5 Следу дут эксп эксперим среды, а Для ан нами бы рис. 1, а распреде (рис. 1, некоторы Экспе зультаты изображ б) мы мо дели, об поверхн Доста между с ный пере рый нап талле, д больше. Рис. 3. С стеклом и ВАНИЕ СТЕК нных в одн м до 4080× ные данны верхности о 5 серий из ует заметит плуатирова мента возн налогично нализа экс ыла разраб а – бессвил еление при б); неодно ых участка рименталь ы сканиро жена бессви ожем увиде бусловлены ости. точно инт теклянной епад высот прямую зав даже при Это хорош ТМ-изображ и пластиной КЛА Ag2O—B2 ной точке 1 ×4080 нм. ые, были р образца. Ч 10 экспери ть, что, по аться в возд никает нео ой эксплуат сперимента ботана мод льная стру имеси сере родность о ах. ьные данны вания пре ильная пов еть наличи ы концентр тересные р й составляю т объясняе висит от ра наличии ф шо видно на жение гран й никеля, ра 2O3 МЕТОДОМ 1 мс. Площ Точки, в к разбросаны Чтобы набр иментов дл словам зак душной ср обходимост тационной альных да дель повер уктура, хар ебра, и стр обусловлен ые подтве едставлены верхность, ие свилей, рацией сер результаты ющей и пл ется тем, чт аботы вихр функциона а СТМ-изоб ницы перех азмер кадра М СТМ С АЛМ щадь скани которых с ы в произво рать статис ля каждой казчика, г еде, поэтом ть в создан й. анных на о рхностного рактеризу уктура, ко на концент рждают на ы на рис. 2 а уже на п которые, с ребра на от ы были св ластиной н то ток тунн ря электро ального сл бражении ( хода между а 60×60 нм. МАЗНЫМ ОСТ ирования м нимались ольном по стику, был секции. отовые изд му для вып нии специф снове рабо о слоя ма ющая равн оторая име трацией се аличие сви 2. На рису оверхности согласно на тдельных у вязаны с г никеля. Зн нелирован она [6] в чи лоя будет (рис. 4). у щелочно- ТРИЁМ 347 меняли от экспери- орядке по ло выпол- делия бу- полнения фической от [8—10], атериала: номерное еет свиль еребра на илей; ре- унке 2, а и (рис. 2, ашей мо- участках границей начитель- ия, кото- истом ме- намного боратным 348 В каче Rz, Rt. Р серии пр при оцен гласно р свилей, Рис. 4. а ки средне – верхность естве оцено Результаты риведены нке шерох азработанн просто ис – графики ей шерохов поверхност ь прослойки М очных вел ы средних в виде диа ховатости ной модели сключалис и средней ар атости по де ть щелочно- и никеля. М. А. ЦЫСАР личин шеро значений аграмм (ри учитывали и. Искривл сь из расч а б в рифметичес есяти точка -боратного РЬ оховатости шерохова ис. 4). Сле ись поправ ления, свя чётов, поск ской шерохо ам; в – граф стекла Ag2 и были выб атости для дует замет вки, введё занные с н кольку ко оватости; б фики разма 2O—B2O3; браны Ra, я каждой тить, что ённые со- наличием оличество – графи- аха высот. – по- ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕКЛА Ag2O—B2O3 МЕТОДОМ СТМ С АЛМАЗНЫМ ОСТРИЁМ 349 сканов, на которых были свили, составило лишь 5% от общего ко- личества экспериментов. Также в расчёт не принимали эксперименты, связанные с преде- лом перехода между щелочно-боратным стеклом и слоем никеля, поскольку они не несут информацию о качестве обрабатываемой поверхности, а лишь показывают разницу в электронных состояни- ях поверхностей из разного материала. 4. ВЫВОДЫ Результаты экспериментов исследований показали, что для по- верхности Ag2O—B2O3 избранные оценочные параметры шерохова- тости, а именно, Ra, Rz, Rt, изменяются в пределах нескольких нанометров, подтверждающие суждение об атомарной гладкости исходной поверхности. Выявлены участки, указывающие на нали- чие свилей, таким образом, СТМ-эксперимент является более ин- формативным, чем аналогичный эксперимент на сканирующем си- ловом микроскопе. Экспериментально было обнаружено наличие перепада высот при переходе границы щелочно-боратного стекла и прослойки никеля, данное явление было объяснено с точки зрения принципа работы СТМ. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. А. М. Бурбаев, Методы и средства испытаний, контроля и юстировки оптических приборов (Санкт-Петербург: ИТМО: 2007). 2. А. М. Ефимов, Оптические свойства материалов и механизмы их форми- рования (Санкт-Петербург: ИТМО: 2008). 3. А. А. Малков, Е. А. Соснов, А. А. Малыгин и др., Физика и химия стекла, 32, № 1: 100 (2006). 4. А. И. Соколов, И. В. Мурин, А. А. Пронкин, Физика и химия стекла, 32, № 1: 90 (2006). 5. H. Mamikava and Y. Asahara, J. Amer. Assoc. Japan, 74, No. 6: 205 (1966). 6. В. Л. Миронов, Основы сканирующей зондовой микроскопии (Нижний Нов- город: Институт физики микроструктур РАН: 2004). 7. O. G. Lysenko, N. V. Novikov, A. G. Gontar et al., Journal of Superhard Mate- rials, 28, No. 6: 9 (2006). 8. А. Вест, Химия твёрдого тела. Теория и приложения (Москва: Мир: 1988), ч. 2. 9. У. Джоли, Синтез неорганических соединений (Москва: Мир: 1986), т. 1. 10. В. Г. Цирельсон, П. М. Зоркий, Ю. З. Нозик и др., Электронная кристал- лохимия (Москва: ВИНИТИ: 1986).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75293
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:20:23Z
publishDate	2012
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Цысарь, М.А. 2015-01-28T13:20:00Z 2015-01-28T13:20:00Z 2012 Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём / М.А. Цысарь // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 2. — С. 343-349. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 07.79.Cz, 68.35.Ct, 68.37.Ef, 81.40.Pq, 81.65.Ps, 81.30.Tx https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75293 Представлены исследования стекла системы Ag₂O—B₂O₃. Было установлено, что можно использовать сканирующий туннельный микроскоп для исследования качества обработки поверхности. Также был рассмотрен случай перепада высот при переходе от материала стекла к материалу вставки Ni. Наведено дослідження скла системи Ag₂O—B₂O₃. Показано, що можливо використовувати сканувальний тунельний мікроскоп для дослідження якости оброблення поверхні. Також розглянуто випадок перепаду висот при переході від матеріялу скла до матеріялу вставки Ni. Investigation of Ag₂O—B₂O₃ glass is presented. As established, the method of scanning tunnelling microscopy can be used to determine a surface quality. A case of step on boundary between glass and Ni interlayer is also considered. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём Article published earlier
spellingShingle	Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём Цысарь, М.А.
title	Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём
title_full	Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём
title_fullStr	Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём
title_full_unstemmed	Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём
title_short	Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём
title_sort	исследование стекла системы ag₂o—b₂o₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75293
work_keys_str_mv	AT cysarʹma issledovaniesteklasistemyag2ob2o3metodomskaniruûŝeitunnelʹnoimikroskopiispoluprovodnikovymalmaznymostriem

Исследование стекла системы Ag₂O—B₂O₃ методом сканирующей туннельной микроскопии с полупроводниковым алмазным остриём

Репозитарії

Схожі ресурси