Hvordan et scanning tunneling elektronmikroskop fungerer
Måde at arbejde på
Selvom konfigurationerne af scanning tunneling elektronmikroskoper er forskellige, omfatter de alle følgende tre hoveddele: et mekanisk system (spejllegeme), der driver sonden til at bevæge sig tredimensionelt i forhold til overfladen af den ledende prøve, og bruges til at kontrollere og overvåg sonden. Det elektroniske system til afstanden fra prøven og displaysystemet til at konvertere de målte data til billeder. Den har to arbejdstilstande: konstant strømtilstand og konstant høj tilstand.
Konstant strømtilstand
Tunnelstrømmen styres og holdes konstant af et elektronisk feedbackkredsløb. Derefter styrer computersystemet nålespidsen til at scanne på prøveoverfladen, det vil sige at få nålespidsen til at bevæge sig todimensionelt langs x- og y-retningerne. Da tunnelstrømmen skal kontrolleres for at være konstant, vil den lokale højde mellem nålespidsen og prøveoverfladen også forblive konstant, så nålespidsen vil udføre den samme bølgende bevægelse med op- og nedture af prøveoverfladen, og højdeoplysninger vil blive afspejlet i overensstemmelse hermed. kom ud. Det vil sige, at det scannende tunnelelektronmikroskop opnår den tredimensionelle information om prøveoverfladen. Denne arbejdsmetode opnår omfattende billedinformation, mikroskopiske billeder af høj kvalitet og er meget udbredt.
Konstant højde tilstand
Hold den absolutte højde af nålespidsen konstant under scanningsprocessen af prøven; så vil den lokale afstand mellem nålespidsen og prøveoverfladen ændre sig, og størrelsen af tunnelstrømmen I vil også ændre sig tilsvarende; ændringen af tunnelstrømmen I vil blive optaget af computeren og konverteret til et billede. Signalet vises, og der opnås et scanning tunneling elektronmikroskop mikroskop. Denne måde at arbejde på er kun egnet til prøver med relativt flade overflader og enkelte komponenter.
princip
Scanning tunneling mikroskop er en ny type mikroskopisk enhed til at skelne overflademorfologien af faste stoffer ved at detektere tunnelstrømmen af elektroner i atomer på den faste overflade i henhold til princippet om tunneling effekt i kvantemekanik.
På grund af elektronernes tunnelvirkning er elektronerne i metallet ikke fuldstændigt begrænset inden for overfladegrænsen, det vil sige, at tætheden af elektroner ikke pludselig falder til nul ved overfladegrænsen, men henfalder eksponentielt uden for overfladen; henfaldslængden er omkring 1nm, hvilket er et mål for overfladebarrieren for elektroner til at undslippe. Hvis to metaller er meget tæt på hinanden, kan deres elektronskyer overlappe hinanden; hvis der påføres en lille spænding mellem de to metaller, kan der observeres en elektrisk strøm (kaldet tunnelstrøm) mellem dem.
