Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ)

1.

Сканирующая
туннельная
микроскопия
(СТМ)
Чубарев М.А

2.

Введение
Тунне́льный эффект - преодоление микрочастицей потенциального
барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при
туннелировании неизменной) меньше высоты барьера.

Зависимость тока от расстояния
Туннельная проводимость уменьшается с
увеличением расстояния между
поверхностями. Когда один из электродов
имеет форму острия, ток протекает
практически только между крайними
атомами острия и поверхностью, в
идеальном случае – между определенной
орбиталью атома на вершине острия и
образцом. Это обеспечивает малую ширину
канала, по которому протекает ток и, таким
образом, хорошее поперечное разрешение
(порядка атомных размеров).
Второе острие, показанное на рисунке,
отодвинуто от поверхности на расстояние,
примерно соответствующее двум атомам.
Сквозь него протекает в миллион раз более
слабый ток.

4.

Зонды
СТ
М
При правильной подготовке зонда
на его кончике с большой
вероятностью находится либо
одиночный выступающий атом,
либо небольшой кластер атомов,
который локализует его на
размерах, много меньших, чем
характерный радиус кривизны
острия.
АС
М

5.

Изготовление зондов для СТМ
При перерезание тонкой проволоки сплава с помощью ножниц. происходит
пластическая деформация проволоки в месте резки и обрыв под действием
растягивающего усилия Р. В результате в месте разреза формируется вытянутое
острие с неровным (рваным) краем с многочисленными выступами, один из которых
и оказывается рабочим элементом СТМ зонда.

6.

Конструкция СТМ
1 – основание;
2 – трубчатый
трехкоординатный пьезосканер;
3 – термокомпенсирующая
пьезотрубка, служащая рабочим
элементом шагового
пьезодвигателя;
4 – металлический зонд;
5 – образец;
6 – цилиндрический держатель
образца
Наиболее важное требование для СТМ - высокая помехозащищенность. Это
обусловлено большой чувствительностью туннельного промежутка к внешним
вибрациям, перепадам температуры, электрическим и акустическим помехам.

7.

Методики СТМ
Метод постоянного туннельного тока
Метод Постоянного Тока предполагает поддержание в процессе сканирования
постоянной величины туннельного тока с помощью системы обратной связи. При
этом вертикальное смещение сканера (сигнал обратной связи) отражает рельеф
поверхности.
Метод постоянной высоты
При использовании Метода Постоянной Высоты сканер СТМ перемещает зонд
только в плоскости, так что изменения тока между острием зонда и поверхностью
образца отражают рельеф поверхности. Поскольку по этому методу нет
необходимости отслеживать зондом расстояние до поверхности образца, скорости
сканирования могут быть более высокими. Поэтому данный метод может быть
применен к образцам с очень ровной поверхностью.

8.

Методики СТМ
Измеряемый в СТМ ток определяется процессами туннелирования через зазор
зонд-поверхность образца его величина зависит не только от высоты барьера
но также и от плотности электронных состояний. Соответственно получаемые
в СТМ изображения являются не просто изображениями рельефа поверхности
образца, на эти изображения может сильно влиять распределение плотности
электронных состояний по поверхности образца.

9.

Методики СТМ
С помощью СТМ можно снимать вольт-амперные характеристики (ВАХ)
туннельного контакта в различных точках поверхности, что позволяет судить о
локальной проводимости образца и изучать особенности локальной плотности
состояний в энергетическом спектре электронов.

Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ)

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.