Сканирующий туннельный микроскоп

Сканирующий туннельный микроскоп

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ, англ. STM — scanning tunneling microscope) — это вариант сканирующего зондового микроскопа, предназначением которого является измерение рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением.В СТМ острая металлическая игла подводится к образцу на расстояние в несколько ангстрем.При подаче на иглу относительно образца небольшого потенциала возникает туннельный ток.Величина этого тока экспоненциально зависит от расстояния образец-игла.Типичные значения 1—1000 пА при расстояниях около 1 Å.

Сканирующий туннельный микроскоп первый из класса сканирующих зондовых микроскопов; сканирующий ближнепольный оптический и атомно-силовой микроскопы были разработаны несколько позднее. В процессе сканирования игла движется вдоль поверхности образца, туннельный ток поддерживается стабильным за счёт действия обратной связи, и показания следящей системы изменяются в зависимости от топографии поверхности.Такие изменения фиксируются, и на их основе строится карта высот.Другая методика предполагает движение иглы на фиксированной высоте над поверхностью образца. В данном случае фиксируется изменение величины туннельного тока и на базе этой информации осуществляется построение топографии поверхности.

Таким образом сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) включает следующие элементы:

• регистрирующую систему;
• систему перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам;
• зонд (иглу).

Регистрирующая система фиксирует значение функции, которая зависит от величины тока между образцом и иглой, либо перемещения иглы по оси Z.Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, управляющей положением зонда или образца или зонда по одной из координат (Z).В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор.Ограничения на использование метода накладываются, во-первых, условием проводимости образца, во-вторых, условием «глубина канавки должна быть меньше её ширины», потому что в противном случае может наблюдаться туннелирование с боковых поверхностей. Но это только основные ограничения.На самом деле их гораздо больше.