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掃描隧道顯微鏡是納米科技重要的測(cè)量工具

點(diǎn)擊次數(shù):1808  更新時(shí)間:2022-11-09
  掃描隧道顯微鏡Scanning Tunneling Microscope縮寫(xiě)為STM。它作為一種掃描探針顯微術(shù)工具,掃描隧道顯微鏡可以讓科學(xué)家觀察和定位單個(gè)原子,它具有比它的同類(lèi)原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外,掃描隧道顯微鏡在低溫下(4K)可以利用探針尖精確操縱原子,因此它在納米科技既是重要的測(cè)量工具又是加工工具。
  掃描隧道顯微鏡的基本原理是利用量子理論中的隧道效應(yīng)。將原子線(xiàn)度的極細(xì)探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個(gè)電極,當(dāng)樣品與針尖的距離非常接近時(shí)(通常小于1nm),在外加電場(chǎng)的作用下,電子會(huì)穿過(guò)兩個(gè)電極之間的勢(shì)壘流向另一電極。這種現(xiàn)象即是隧道效應(yīng)。隧道電流I是電子波函數(shù)重疊的量度,與針尖和樣品之間距離S和平均功函數(shù)Φ有關(guān)。
  隧道電流強(qiáng)度對(duì)針尖與樣品表面之間距非常敏感,如果距離S減小0.1nm,隧道電流I將增加一個(gè)數(shù)量級(jí),因此,利用電子反饋線(xiàn)路控制隧道電流的恒定,并用壓電陶瓷材料控制針尖在樣品表面的掃描,則探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出了樣品表面的起伏。
  將針尖在樣品表面掃描時(shí)運(yùn)動(dòng)的軌跡直接在熒光屏或記錄紙上顯示出來(lái),就得到了樣品表面態(tài)密度的分布或原子排列的圖象[5]。這種掃描方式可用于觀察表面形貌起伏較大的樣品,且可通過(guò)加在z向驅(qū)動(dòng)器上的電壓值推算表面起伏高度的數(shù)值,這是一種常用的掃描模式。對(duì)于起伏不大的樣品表面,可以控制針尖高度守恒掃描,通過(guò)記錄隧道電流的變化亦可得到表面態(tài)度的分布。這種掃描方式的特點(diǎn)是掃描速度快,能夠減少噪音和熱漂移對(duì)信號(hào)的影響,但一般不能用于觀察表面起伏大于1nm的樣品。
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