Рис. 1. Типова схема здійснення скануючих зондових методів (
SPM ) дослідження та модифікації поверхні у нанотехнології. Зазвичай сканер має кілька ступенів регулювання положення зонда щодо зразка з різною точністю та швидкістю. Грубе позиціонування здійснюють трикоординатних моторизованими столами. Типовий діапазон переміщень по координатах X і Y становить десятки, іноді сотні мм, по Z - 10-20 мм. а точність позиціонування ~ 0,1-1 мкм. Тонке сканування реалізують за допомогою трикоординатних пьезоактуаторов, що дозволяють переміщати голку або зразок з точністю до часток ангстрема на десятки мікрон по Хі У і на одиниці мкм - по Z. Всі відомі в даний час методи SPM можна розбити (вельми умовно) на три великі групи.
Сканирующая тунельна мікроскопія (Scanning Tunneling Microscopy - STM). При використанні цього методу між електропровідним вістрям і зразком докладено невелика напруга (0,01 - 10 В) і реєструється тунельний струм в зазорі, що залежить від властивостей і конфігурації атомів на досліджуваної поверхні зразка (рис. 2).
В
Рис. 2. Принцип дії скануючого тунельного зондового мікроскопа ( STM ) (а) і типова залежність тунельного спектру для кремнієвого діода При Т = 4,2 К (б) : 1 - зонд; 2 - зразок; I < sup> t - тунельний струм в зазорі Оґ; Е F - рівень Фермі; U - напруга, прикладена до зазору (0,01-10 В); W - енергія; е - заряд електрона; Z - вісь, перпендикулярна до поверхні зразка
Будучи прямим нащадком іонного проектора, створеного Мюллером у 30-ті роки XX століття STM також швидко досягла атомного дозволу. Але на відміну від проектора Мюллера методами STM можна отримати неспотворене зображення макроскопічно плоскою поверхні зразка на будь-якому її ділянці (див. рис.7), а не проекцію зображення кінчика голки невідомої кривизни на люмінесцентний екран проектора. Це дозволило від чисто якісної картинки атомарного будови кінчика вістря (у вигляді якого і треба спочатку виготовити зразок для проектора Мюллера) перейти до кількісних досліджень не тільки топології поверхні, а й багатьох інших характеристик окремих атомів на ній.
Як випливає з назви, STM використовує тунельний ефект-квантовий перехід електрона через область, заборонену класичної механікою. У тунельному мікроскопі цієї областю є зазор між кінчиком голки і найближчою точкою на поверхні зразка. У робочих режимах STM величина зазору 8 складає одиниці А (зазвичай 2-10 А), так що навіть на повітрі при атмосферному тиску його в першому наближенні можна вважати вакуумованим. Коефіцієнт прозорості бар'єру D (ймовірність просочування електрона через бар'єр) експоненціально швидко падає із зростанням Оґ. p> У зв'язку з цим набагато зр...
