Сканирующая туннельная микроскопия

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) — вариант 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 Å. Для построения опографии поверхности применяют две методики.

Одна методика предполагает движение иглы на фиксированной высоте (рис. 5.13.а) над поверхностью образца. В этом случае фиксируется изменение величины туннельного тока и на основе данной информации идет построение топографии поверхности.

По другой методике в процессе сканирования игла движется вдоль поверхности образца, туннельный ток поддерживается постоянным (рис.5.13, б) за счет приближения и отвода иглы системой обратной связи, и показания следящей системы меняются в зависимости от топографии поверхности. Такие изменения фиксируются, и на их основе строится карта высот.

а) б)

Рис.5.11. Режим работы туннельного микроскопа: режим постоянной высоты (а), режим постоянного тока (б).

Таким образом, сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) включает следующие элементы (рис. 5.12):

- зонд (иглу);

- систему перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам;

- регистрирующую систему.

Новый микроскоп позволил наблюдать атомно-молекулярную структуру поверхности кристаллов в нанометровом диапазоне размеров. Высокая разрешающая способность СТМ обусловлена тем, что туннельный ток изменяется на три порядка при изменении ширины барьера на размеры атома.