Як працює скануючий тунельний електронний мікроскоп
Спосіб роботи
Хоча конфігурації скануючих тунельних електронних мікроскопів різні, усі вони включають наступні три основні частини: механічну систему (корпус дзеркала), яка змушує зонд рухатися в тривимірному просторі відносно поверхні провідного зразка та використовується для керування і контролювати зонд. Електронна система вимірювання відстані від зразка та система відображення для перетворення виміряних даних у зображення. Він має два режими роботи: режим постійного струму та режим постійного високого рівня.
Режим постійного струму
Тунельний струм контролюється і підтримується постійним за допомогою електронної схеми зворотного зв'язку. Потім комп’ютерна система керує кінчиком голки для сканування поверхні зразка, тобто змушує кінчик голки рухатися у двох вимірах уздовж напрямків x і y. Оскільки тунельний струм потрібно контролювати, щоб він був постійним, локальна висота між кінчиком голки та поверхнею зразка також залишатиметься постійною, тому кінчик голки виконуватиме той самий хвилеподібний рух із підйомами та опусканнями поверхні зразка, а також інформація про висоту буде відображена відповідно. вийти. Тобто скануючий тунельний електронний мікроскоп отримує тривимірну інформацію про поверхню зразка. Цей метод роботи дає повну інформацію про зображення, високоякісні мікроскопічні зображення та широко використовується.
Режим постійної висоти
Підтримуйте постійну абсолютну висоту кінчика голки під час процесу сканування зразка; тоді локальна відстань між кінчиком голки та поверхнею зразка зміниться, відповідно зміниться і величина тунельного струму I; зміна тунельного струму I буде зареєстрована комп'ютером і перетворена в зображення. Показується сигнал і отримується мікрофотографія скануючого тунельного електронного мікроскопа. Цей спосіб роботи підходить лише для зразків із відносно плоскими поверхнями та окремими компонентами.
принцип
Скануючий тунельний мікроскоп — це новий тип мікроскопічного пристрою для визначення морфології поверхні твердих тіл шляхом виявлення тунельного струму електронів в атомах на твердій поверхні відповідно до принципу тунельного ефекту в квантовій механіці.
Завдяки тунельному ефекту електронів електрони в металі не повністю обмежені межею поверхні, тобто густина електронів не раптово падає до нуля на межі поверхні, а експоненціально спадає за межами поверхні; довжина розпаду становить близько 1 нм, що є мірою поверхневого бар'єру для виходу електронів. Якщо два метали знаходяться дуже близько один до одного, їхні електронні хмари можуть перекриватися; якщо між двома металами прикладається невелика напруга, між ними може спостерігатися електричний струм (званий тунельним струмом).
