Skenējošās tunelēšanas elektronu mikroskopijas princips
Skenējošais tunelēšanas mikroskops (STM) ir instruments, kas izmanto tuneļa efektu kvantu teorijā, lai noteiktu materiālu virsmas struktūru. Tas izmanto elektronu kvantu tunelēšanas efektu starp atomiem, lai pārveidotu atomu izvietojumu uz materiālu virsmas attēla informācijā. no.
Ievads
Transmisijas elektronu mikroskops ir ļoti noderīgs vielas kopējās struktūras novērošanā, bet grūtāk ir virsmas struktūras analīzē, jo transmisijas elektronu mikroskops iegūst informāciju caur augstas enerģijas elektrību caur paraugu, atspoguļojot parauga vielu. . iekšējā informācija. Lai gan skenējošā elektronu mikroskopija (SEM) var atklāt noteiktus virsmas apstākļus, jo krītošajiem elektroniem vienmēr ir noteikta enerģija un tie iekļūs paraugā, analizētā tā sauktā "virsma" vienmēr atrodas noteiktā dziļumā, kā arī sadalīšanās ātrums. ļoti ietekmēja. ierobežojums. Lai gan lauka emisijas elektronu mikroskopu (FEM) un lauka jonu mikroskopu (FIM) var labi izmantot virsmas izpētei, paraugam jābūt īpaši sagatavotam un to var novietot tikai uz ļoti tieva adatas gala, kā arī paraugam ir jāspēj izturēt augstas intensitātes elektriskie lauki, tādējādi ierobežojot tā piemērošanas jomu.
Skenējošais tunelēšanas elektronu mikroskops (STM) darbojas pēc pavisam cita principa, neiegūst informāciju par parauga vielu, iedarbojoties uz paraugu ar elektronu staru (piemēram, transmisijas un skenējošo elektronu mikroskopu), kā arī neizmanto augstu elektriskais lauks, lai elektroni paraugā iegūtu vairāk nekā iznāktu. Parauga materiāla izpētei var izmantot darba enerģijas radīto emisijas strāvas attēlu (piemēram, lauka emisijas elektronu mikroskopu). To attēlo, nosakot tuneļa strāvu parauga virsmā, lai pētītu parauga virsmu.
principu
Skenējošais tunelēšanas mikroskops ir jauna veida mikroskopiskā ierīce, lai atšķirtu cietvielu virsmas morfoloģiju, nosakot elektronu tunelēšanas strāvu atomos uz cietas virsmas saskaņā ar tunelēšanas efekta principu kvantu mehānikā.
Elektronu tunelēšanas efekta dēļ elektroni metālā nav pilnībā norobežoti virsmas robežās, tas ir, elektronu blīvums pēkšņi nesamazinās līdz nullei pie virsmas robežas, bet gan eksponenciāli sadalās ārpus virsmas; sabrukšanas garums ir aptuveni 1 nm, kas ir virsmas barjeras mērs elektronu izkļūšanai. Ja divi metāli atrodas ļoti tuvu viens otram, to elektronu mākoņi var pārklāties; ja starp diviem metāliem tiek pielikts neliels spriegums, starp tiem var novērot elektrisko strāvu (ko sauc par tuneļa strāvu).
Darbības veids
Lai gan skenējošo tunelēšanas elektronu mikroskopu konfigurācijas ir atšķirīgas, tās visas ietver šādas trīs galvenās daļas: mehānisku sistēmu (spoguļa korpusu), kas virza zondi veikt trīsdimensiju kustības attiecībā pret vadošā parauga virsmu, un tiek izmantota, lai kontrolēt un uzraudzīt zondi. Elektroniskā sistēma attālumam no parauga un displeja sistēma izmērīto datu konvertēšanai attēlos. Tam ir divi darba režīmi: pastāvīgas strāvas režīms un nemainīgs augstais režīms.
Pastāvīgās strāvas režīms
Tunelēšanas strāvu kontrolē un uztur nemainīgu ar elektroniskās atgriezeniskās saites ķēdi. Pēc tam datorsistēma kontrolē adatas galu, lai skenētu parauga virsmu, tas ir, lai adatas gals divdimensionāli kustētos x un y virzienā. Tā kā tuneļa strāva ir jākontrolē, lai tā būtu nemainīga, lokālais augstums starp adatas galu un parauga virsmu arī paliks nemainīgs, tāpēc adatas gals veiks tos pašus kāpumus un lejupslīdes ar parauga virsmas kāpumiem un kritumiem, un attiecīgi tiks atspoguļota informācija par augstumu. Nāc ārā. Tas nozīmē, ka skenējošais tunelēšanas elektronu mikroskops iegūst trīsdimensiju informāciju par parauga virsmu. Šī darba metode iegūst visaptverošu attēla informāciju, augstas kvalitātes mikroskopiskus attēlus un tiek plaši izmantota.
Pastāvīga augstuma režīms
Parauga skenēšanas procesa laikā adatas gala absolūtais augstums ir nemainīgs; tad mainīsies lokālais attālums starp adatas galu un parauga virsmu, un attiecīgi mainīsies arī tuneļa strāvas lielums I; tuneļa strāvas I maiņu dators fiksē un pārvērš par Tiek parādīts attēla signāls, tas ir, tiek iegūts skenējošs tuneļelektronu mikroskopa mikrogrāfs. Šis darba veids ir piemērots tikai paraugiem ar relatīvi plakanām virsmām un atsevišķiem komponentiem.
