Сканирующий туннельный микроскоп: различия между версиями

Перейти к навигации Перейти к поиску
Нет описания правки
'''Сканирующий туннельный микроскоп''' (СТМ, {{lang-en|STM — scanning tunneling microscope}}) — вариант [[сканирующий зондовый микроскоп|сканирующего зондового микроскопа]], предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением. В СТМ острая металлическая игла подводится к образцу на расстояние нескольких [[ангстрем]]. При подаче на иглу относительно образца небольшого потенциала возникает [[туннельный ток]]. Величина этого тока экспоненциально зависит от расстояния образец-игла. Типичные значения 1-1000 [[пА]] при расстояниях около 1 [[ангстрем|Å]]. Сканирующий туннельный микроскоп первый из класса сканирующих зондовых микроскопов, атомно-силовой и сканирующий ближнепольный оптический были разработаны позднее.
 
В процессе сканирования игла движется вдоль поверхности образца, туннельный ток поддерживается стабильным за счёт действия обратной связи, и удлинениепоказания следящей системы меняетсяменяются в зависимости от топографии поверхности. Такие изменения фиксируются, и на их основе строится карта высот.
Другая методика предполагает движение иглы на фиксированной высоте над поверхностью образца. В этом случае фиксируется изменение величины туннельного тока и на основе данной информации идет построение топографии поверхности.
Таким образом сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) включает следующие элементы:
 
* зонд (иглу),
* систему перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам,
* регистрирующую систему.
 
Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от величины тока между иглой и образцом, либо зонд-образец. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется [[ПИД-регулятор]].
Ограничения на использование метода накладываются, во-первых, условием проводимости образца ([[поверхностное сопротивление]] должно быть не больше 20 МОм/см²), во-вторых, условием «глубина канавки должна быть меньше её ширины», потому что в противном случае может наблюдаться [[туннелирование]] с боковых поверхностей. Но это только основные ограничения. На самом деле их намного больше. Например, технология заточки иглы не может гарантировать одного острия на конце иглы, а это может приводить к параллельному сканированию двух разновысотных участков. Кроме ситуации глубокого [[вакуум]]а, во всех остальных случаях мы имеем на поверхности осаждённые из воздуха частицы, газы и т. д. Технология грубого сближения также оказывает колоссальное влияние на действительность полученных результатов. Если при подводе иглы к образцу мы не смогли избежать удара иглы о поверхность, то считать иглу состоящей из одного атома на кончике пирамиды будет большим преувеличением.
 

Навигация