СТМ – отображение работы выхода

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Отображение работы выхода получается путём поточечного измерения логарифмических изменений туннельного тока при изменении расстояния зонд-образец, т.е. наклона кривой зависимости . При проведении измерений этим методом расстояние зонд-образец варьируется синусоидально, путём приложения дополнительного переменного напряжения к сигналу обратной связи, подаваемому на z-секцию пьезосканера. Частота модуляции выбирается много большей полосы пропускания системы обратной связи СТМ в соответствии с рисунком 3.8

3.12 СТМ – отображение плотности состояний [2 ]

СТМ – отображение плотности состояний основывается на том, что измеряемый в СТМ ток определяется процессами туннелирования тока образца через зазор зонд-поверхность. Его величина зависит не только от высоты барьера, но также и от плотности электронных состояний. Соответственно, получаемые в СТМ изображения являются не просто изображениями рельефа поверхности образца, на эти изображения может сильно влиять распределение плотности электронных состояний по поверхности образца. Определение локальной плотности состояний (ЛПС) может также помочь в различении химической природы поверхностных атомов. Метод основывается на измерении распределения ЛПС, которое производится одновременно с получением СТМ изображения. В процессе сканирования напряжение смещения модулируется на величину dU. Частота модуляции выбирается много большей полосы пропускания системы обратной связи СТМ. Результирующая модуляция туннельного тока dI измеряется, делится на dU, и результат представляется в качестве ЛПС изображения в соответствии с рисунком 3.9.

Характерные величины туннельных токов при СТМ, регистрируемых в процессе измерений, являются достаточно малыми – вплоть до 0, 03 нА, а со специальными измерительными СТМ головками до 0, 01нА, что позволяет исследовать плохо проводящие поверхности. Среди недостатков СТМ можно упомянуть сложность интерпретации результатов измерений некоторых поверхностей, поскольку СТМ изображение определяется не только рельефом поверхности, но и плотностью состояний, величиной и знаком напряжения смещения, величиной тока. СТМ способен формировать изображения отдельных атомов на поверхности металлов, полупроводников и других проводящих образцов путём сканирования образца остроконечной иглой на высоте порядка нескольких атомных диаметров, так что между остриём и образцом протекает туннельный ток.

Преимуществами СТМ изображения плотности состояний являются возможности получения сверхвысоких разрешений атомарных состояний, недостатками – возможность работы только с проводящими образцами, высокие требования к чистоте поверхности.

Режим спектроскопии

Режим спектроскопии может быть использован не только в качестве инструмента для получения рельефа поверхности, но также и для картирования ряда других характеристик и материальных свойств образца: зарядовой плотности, адгезии и упругости. Режим спектроскопии может быть использован в качестве инструмента силовой спектроскопии – для измерений зависимости сил от расстояний. Для колеблющегося кантилевера сила взаимодействия зонд-поверхность может оказывать влияние также и на некоторые другие характеристики – амплитуду, частоту, фазу, добротность. Соответствующие зависимости этих характеристик от расстояния могут также рассматриваться как спектроскопические данные.

Спектроскопические измерения локальной высоты барьера (ЛВБ-спектроскопия) позволяют получать информацию о пространственном распределении микроскопической работы выхода поверхности, как описывается ниже. Туннельный ток в СТМ экспоненциально затухает с расстоянием зонд-образец как , где константа затухания определяется выражением , где - масса, - расстояние. При отображении ЛВБ мы измеряем чувствительность туннельного тока к вариациям расстояния зонд-образец в каждом пикселе СТМ изображения. Получаемая по этому методу ЛВБ, является видимой высотой барьера. Величина обычно сравнивается со средней работой выхода , где и являются работами выхода материала зонда и образца соответственно. Во многих случаях экспериментальная величина не равна в точности , но является меньшей величиной. Тем не менее, известно, что величина близка к локальному поверхностному потенциалу (локальной работе выхода) и является хорошей его мерой.

3.14 СТМ - - спектроскопия

СТМ - - спектроскопия измеряет туннельный ток в зависимости от рас-стояния зонд-образец в каждой точке СТМ изображения. Резкая зависимость помогает определить качество острия зонда в соответствии с рисунком 3.10. Как установлено эмпирически, если туннельный ток падает в два раза при 3 , то остриё рассматривается как очень хорошее, если при , то использование острия возможно для получения атомарного разрешения на поверхности высокоориентированного пиролитического графита. Если же ток спадает в два раза при , то этот зонд не может быть использован и должен быть заменён.

3.15 CТМ - спектроскопия

CТМ - спектроскопия предполагает одновременное получение обычного изображения рельефа при фиксированных значениях тока и напряжения смещения в соответствии с рисунком 3.11. В каждой точке изображения обратная связь разрывается, и напряжение смещения проходит ряд значений , при этом записываются значения тока . Затем напряжение возвращается к и обратная связь включается снова.

Каждая кривая может быть получена за несколько миллисекунд, так что дрейф положения зонда не оказывает существенного влияния. Эта процедура генерирует полное токовое изображение для каждого значения напряжения в дополнение изображения рельефа . Эта методика может быть использована, например, в сверхвысоком вакууме для отображения заполненных состояний атомов или ненасыщенных связей для реконструкций кремния.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒