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你知道掃描隧道顯微鏡所觀察的樣品須具有一定程度的導(dǎo)電性哦

閱讀:923        發(fā)布時間:2023-7-25

掃描隧道顯微鏡的英文縮寫是STM。這是20世紀80年代初期出現(xiàn)的一種新型表面分析工具。其基本原理是基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)和三維掃描。它是用一個極細的尖針,針尖頭部為單個原子去接近樣品表面,當(dāng)針尖和樣品表面靠得很近,即小于1納米時,針尖頭部的原子和樣品表面原子的電子云發(fā)生重疊。此時若在針尖和樣品之間加上一個偏壓,電子便會穿過針尖和樣品之間的勢壘而形成納安級10A的隧道電流。通過控制針尖與樣品表面間距的恒定,并使針尖沿表面進行精確的三維移動,就可將表面形貌和表面電子態(tài)等有關(guān)表面信息記錄下來。掃描隧道顯微鏡具有很高的空間分辨率,橫向可達0.1納米,縱向可優(yōu)于0.01納米。

掃描隧道顯微鏡(STM)的基本原理是利用量子理論中的隧道效應(yīng)。將原子線度的極細探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個電極,當(dāng)樣品與針尖的距離非常接近時(通常小于1nm),在外加電場的作用下,電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一電極。這種現(xiàn)象即是隧道效應(yīng)。

隧道電流強度對針尖與樣品表面之間距非常敏感,如果距離S減小0.1nm,隧道電流將增加一個數(shù)量級,因此,利用電子反饋線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,這種掃描方式可用于觀察表面形貌起伏較大的樣品.

對于起伏不大的樣品表面,可以控制針尖高度守恒掃描,通過記錄隧道電流的變化亦可得到表面態(tài)密度的分布。這種掃描方式的特點是掃描速度快,能夠減少噪音和熱漂移對信號的影響,但一般不能用于觀察表面起伏大于1nm的樣品。

掃描隧道顯微鏡(STM)所觀察的樣品須具有一定程度的導(dǎo)電性,對于半導(dǎo)體,觀測的效果就差于導(dǎo)體;對于絕緣體則根本無法直接觀察。如果在樣品表面覆蓋導(dǎo)電層,則由于導(dǎo)電層的粒度和均勻性等問題又限制了圖象對真實表面的分辨率。賓尼等人1986年研制成功的原子力顯微鏡可以彌補掃描隧道顯微鏡(STM)這方面的不足。

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