Словарь нанотехнологий
Режимы измерений на СТМ

Режимы измерений на СТМ

Термин

режимы измерений на СТМ

Термин на английском

STM operation modes

Связанные термины

сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая туннельная спектроскопия

Определение

В сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) есть пять основных варьируемых параметров. Это горизонтальные координаты x и y, высота z, напряжение смещения V и туннельный ток I. В зависимости от того, как эти параметры варьируются, выделяют три основных режима измерений на СТМ.

(1) Режим постоянного тока. В этом режиме I  и V  поддерживаются постоянными, x  и y меняются в ходе сканирования иглы, а z измеряется.

(2) Режим постоянной высоты, который также называют режимом токового изображения. В этом режиме z  и V поддерживаются постоянными, x и y меняются в ходе сканирования, а I измеряется.

(3) Сканирующая туннельная спектроскопия (СТС). Это целый набор режимов, в котором варьируется V.

Описание

Режим постоянного тока - наиболее часто используемый режим получения картин СТМ. В этом режиме игла движется вдоль поверхности образца при постоянных значениях напряжения и тока. Для поддержания постоянной величины тока при фиксированном напряжении система слежения постоянно подстраивает вертикальное положение иглы, варьируя напряжение V_z на z-пьезоэлектрическом элементе. В идеальном случае гомогенной (с электронной точки зрения) поверхности, постоянство тока означает неизменность величины промежутка между иглой и поверхностью, то есть в ходе сканирования траектория иглы повторяет все особенности топографии поверхности (рис. 1а). Высоту элементов рельефа поверхности прямо определяют из величины V_z. В результате таких измерений получают значения высоты рельефа поверхности как функции положения иглы z(x,y).

В режиме постоянной высоты сканирование поверхности иглой проводят при постоянном напряжении V_z на z-пьезоэлектрическом элементе, а измеряют туннельный ток I как функцию положения иглы (рис. 1б). Напряжение между иглой и образцом V поддерживается постоянным, а обратная связь следящей системы отключена. В этом случае выпуклости на поверхности будут отражаться в повышенных значениях туннельного тока, когда над ними будет проходить игла. В этом режиме сканирование иглы можно вести со значительно большей скоростью по сравнению с режимом постоянного тока, так как от следящей системы не требуется реакции на все особенности поверхности, проходящие под иглой. Эта возможность особенно ценна при изучении динамических процессов в реальном масштабе времени, в частности, при съемке СТМ-видео. Недостаток - трудность количественного определения высот рельефа из изменения туннельного тока.

Сканирующая туннельная спектроскопия (СТС) - набор методов сканирующей туннельной микроскопии, в которых путем варьирования напряжения между иглой и образцом получают информацию о локальной электронной структуре исследуемой поверхности.

Авторы

• Зотов Андрей Вадимович, д.ф.-м.н.
• Саранин Александр Александрович, д.ф.-м.н.

Ссылки

1. Введение в физику поверхности: Пер. с англ. / Оура Кендзиро, Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. - М. Наука, 2006. - 490 с.

Иллюстрации

Рис. 1. Схематическая иллюстрация работы сканирующего туннельного микроскопа а - в режиме постоянного тока; б - в режиме постоянной высоты Источник: Введение в физику поверхности: Пер. с англ. / Оура Кендзиро, Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. - М. Наука, 2006. - 490 с.

Разделы

Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.

Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов