Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям
жүктеу/скачать 12,63 Mb. Pdf көрінісі
|
Nanomateriali i nanotehnologii bak
| 2.9. Зондовые технологии
2.9.1. Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) Существуют два основных вида сканирующих зондовых микроскопов; туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп, которые являются основными аналитическими приборами в нанотехнологии. Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) изобретен сотрудниками швейцарского отделения корпорации IBM Г. Бингом и Г. Рорером в 1981 г. для исследования структуры и профиля поверхности с атомным разрешением. В основе принципа действия СТМ положена резкая зависимость туннельного тока от ширины потенциального барьера. Туннельный ток через тонкий вакуумный промежуток между двумя 115 металлами. На рис. 2.14 представлена энергетическая диаграмма двух одинаковых металлов разделенных вакуумным промежутком. Рис. 2.14. Энергетическая диаграмма двух одинаковых металлов 1-слева и 2-справа. d - ширина вакуумного промежутка. 1 F E -энергия Ферми 1-го металла. eU -энергия вследствие разности потенциалов. T J -туннельный ток. [6] Пунктирная кривая вверху - потенциальный барьер на границе металла1 с вакуумом, А - работа выходи электрона из металла. Между двумя металлами возникает потенциальный барьер ширины d показанный сплошной кривой. При узком барьере 1 10 d нм электроны могут туннелировать через барьер. При нулевом напряжении туннельного тока нет, т.к. число переходов встречных переходов между металлами 1 и 2 одинаково. Если напряжение 0 U , то энергетические уровни металла 2 понижается относительно уровней металла 1 на величину пропорциональную приложенному напряжению 1 2 F F E E eU . Возникает электрический ток, обусловленный туннельными переходами электронов металла 1 через вакуум на свободные уровни металла 2: 1 2 T J C U exp C d , где - усредненная величина барьера, 1 C и 2 C - постоянные. Туннельный ток T J экспоненциально возрастает при линейном уменьшении ширины барьера. Принципиальная схема СТМ приведена на рис. 2.15. 116 Рис. 2.15. а) Принципиальная схема сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). [6] 1-металлический зонд. 2- образец, 3-трехкоординатный поверхностный стол, 4- трехкоординатный пьезодвигатель.5-компьютерная система. 6-система обратной связи. , , x y z P P P -пьезоэлементы, , , x y z U U U -управляющие напряжения. T J -туннельный ток., T U - туннельное напряжение. б) схема движения зонда вдоль оси x при работе СТМ в режиме постоянного тока. Металлический зонд 1 перемещается по трем направлениям относительно поверхности образца. Перед началом измерения с помощью трехкоординатного подвижного стола 3 производится грубое позиционирование зонда. Диапазон перемещений стола по трем направления составляет несколько сантиметров, точность позиционирования 0,1-1 мкм. Посредством перемещения стола исследуемый участок образца подводится к зонду на расстояние 0,1 мкм . Тонкое сканирование и прецизионное вертикальное перемещение зонда осуществляется трехкоординатным пьезодвигателем 4. Пьезодвигатель состоит из трех пьезоэлементов , , жүктеу/скачать 12,63 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|