Scanning Tunneling Elektronmikroskopi Princip
Scanning tunneling microscope (STM) er et instrument, der bruger tunneleffekten i kvanteteorien til at detektere materialers overfladestruktur. Det bruger kvantetunneleffekten af elektroner mellem atomer til at konvertere arrangementet af atomer på overfladen af materialer til billedinformation. af.
Introduktion
Transmissionselektronmikroskopet er meget nyttigt til at observere den overordnede struktur af stoffet, men det er vanskeligere i analysen af overfladestrukturen, fordi transmissionselektronmikroskopet opnår information gennem højenergielektriciteten gennem prøven, hvilket afspejler prøvestoffet . intern viden. Selvom scanningselektronmikroskopi (SEM) kan afsløre visse overfladeforhold, da de indfaldende elektroner altid har en vis energi og vil trænge ind i prøven, er den såkaldte "overflade", der analyseres, altid i en vis dybde, og spaltningshastigheden er også stærkt påvirket. begrænse. Selvom Field Emission Electron Microscope (FEM) og Field Ion Microscope (FIM) godt kan bruges til overfladeforskning, skal prøven være specielt forberedt og kan kun placeres på en meget tynd nålespids, og prøven skal også kunne modstå højintensive elektriske felter, så det begrænser dets anvendelsesområde.
Scanning Tunneling Electron Microscope (STM) fungerer efter et helt andet princip, det indhenter ikke information om prøvens substans ved at virke på prøven med en elektronstråle (såsom transmissions- og scanningselektronmikroskoper), og det bruger heller ikke en høj elektrisk felt for at få elektronerne i prøven til at vinde mere end at komme ud. Emissionsstrømmens billeddannelse (såsom feltemissionselektronmikroskop) dannet af arbejdsenergien kan bruges til at studere prøvematerialet. Det afbildes ved at detektere tunnelstrømmen på overfladen af prøven for at studere prøvens overflade.
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 helt indespærret 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.
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 foretage tredimensionelle bevægelser i forhold til overfladen af den ledende prøve, og bruges til at kontrollere og overvåge 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 de samme op- og nedture med op- og nedture af prøveoverfladen, og højdeoplysningerne 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 optages af computeren og konverteres til Billedsignalet vises, det vil sige, at der opnås et scanning tunnelelektronmikroskopmikroskop. Denne måde at arbejde på er kun egnet til prøver med relativt flade overflader og enkelte komponenter.
