Управление сканирующим туннельным микроскопом

Перед началом работы оператор устанавливает рабочие параметры туннельного тока и напряжения и включает систему сближения зонда и образца. При этом управляющее напряжение подается на двигатель. В начальном состоянии ток в петле обратной связи отсутствует, и сканер максимально вытянут в направлении к образцу. При появлении туннельного тока обратная связь отодвигает сканер, и система переходит в режим точной установки образца. В этом режиме происходит совместное движение образца и отодвигание (системой ОС) зонда до тех пор, пока сканер не встанет в середину своего динамического диапазона. При этом в петле обратной связи поддерживается постоянным выбранное оператором значение туннельного тока.

Сканирование образца осуществляется при подаче напряжений пилообразной формы на внешние электроды трубчатого сканера. При сканировании система обратной связи поддерживает постоянным туннельный ток. Это происходит следующим образом. Реальное мгновенное значение туннельного тока I_t сравнивается на разностном усилителе со значением I₀, заданным оператором. Разностный сигнал (I_t – I₀) усиливается и подается на внутренний Z-электрод сканера. Таким образом, при сканировании напряжение на Z-электроде сканера оказывается пропорциональным рельефу поверхности. Сигнал с выхода усилителя записывается как информация о рельефе поверхности.

Для получения информации о распределении локальной работы выхода сигнал с генератора подмешивается к напряжению на Z-электроде. Соответствующая компонента туннельного тока выделяется полосовым фильтром и детектируется с помощью синхронного детектора, на который также подается опорное напряжение с задающего генератора. Фаза сигналов синхронизируется с помощью фазовращателя. Амплитуда тока записывается в память компьютера как сигнал, пропорциональный локальной работе выхода.

Регистрация ВАХ туннельного контакта в заданной точке образца осуществляется следующим образом. Обратная связь разрывается на короткое время электронным ключом. Напряжение на внутреннем электроде пьезотрубки поддерживается постоянным, так что зонд на короткое время зависает над поверхностью. После этого на туннельный промежуток подается напряжение U(t) пилообразной формы, и синхронно с ним записывается информация о туннельном токе. После этого ключ замыкается, и система обратной связи восстанавливает состояние туннельного контакта, соответствующее условию I_t=const. При необходимости процедура снятия ВАХ повторяется N раз для формирования усредненных зависимостей туннельного тока от напряжения.