Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ)
Лекция 2 Серцова А.А.
СТМ
Исторически первым в семействе зондовых микроскопов появился сканирующий туннельный микроскоп.
Создателями Сканирующей Зондовой Микроскопии являются Герд Биннинг и Генрих Рорер – сотрудники Исследовательского отдела фирмы IBM, Цюрихская научная лаборатория, Рюмликон, Швейцария.
Введение
Туннеельный эффект - преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера.
Зависимость тока от расстояния
Туннельная проводимость экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния между поверхностями. В вакууме проводимость уменьшается примерно в 10 раз при увеличении расстояния на 1 Å.
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.
Зависимость тока от расстояния
Зонды
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 |
СТМ |
||
характерный |
радиус |
кривизны |
||||
острия.
АСМ
Изготовление зондов для СТМ
Метод электрохимического травления
Установки для травления зондов
Модель четырехступенчатой структуры зонда
1 - кольцо;
2 - микрометрический винт;
3 - подсветка;
4 - основание;
5 - видеокамера;
6 - держатель зонда.
Схема
Изготовление зондов для СТМ
Схема изготовления СТМ зонда методом ступенчатого травления:
а – погружение вольфрамовой заготовки зонда; б, в, г, и д – травление 1- й, 2-й, 3-й и 4-й ступеней, соответственно; е – падение отрывающейся части заготовки, травление завершено
а |
б |
в |
г |
д |
е |
Метод ступенчатой вытяжки зонда
Изготовление зондов для СТМ
Изготовление зондов для СТМ
Перерезание тонкой проволоки из PtIr сплава с помощью ножниц.
При перерезании 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.