Αρχή Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης Σήραγγας
Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) είναι ένα όργανο που χρησιμοποιεί το φαινόμενο της σήραγγας στην κβαντική θεωρία για να ανιχνεύσει την επιφανειακή δομή των υλικών. Χρησιμοποιεί το φαινόμενο της κβαντικής σήραγγας των ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων για να μετατρέψει τη διάταξη των ατόμων στην επιφάνεια των υλικών σε πληροφορίες εικόνας. του.
Εισαγωγή
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης είναι πολύ χρήσιμο για την παρατήρηση της συνολικής δομής της ουσίας, αλλά είναι πιο δύσκολο στην ανάλυση της δομής της επιφάνειας, επειδή το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης λαμβάνει πληροφορίες μέσω του ηλεκτρισμού υψηλής ενέργειας μέσω του δείγματος, αντανακλώντας την ουσία του δείγματος . εσωτερικές πληροφορίες. Αν και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) μπορεί να αποκαλύψει ορισμένες συνθήκες επιφάνειας, καθώς τα προσπίπτοντα ηλεκτρόνια έχουν πάντα μια συγκεκριμένη ενέργεια και θα διεισδύσουν στο δείγμα, η λεγόμενη «επιφάνεια» που αναλύεται βρίσκεται πάντα σε ένα ορισμένο βάθος και ο ρυθμός διάσπασης είναι επίσης επηρεάζεται πολύ. όριο. Αν και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εκπομπής πεδίου (FEM) και το μικροσκόπιο ιόντων πεδίου (FIM) μπορούν να χρησιμοποιηθούν καλά για επιφανειακή έρευνα, το δείγμα πρέπει να είναι ειδικά προετοιμασμένο και μπορεί να τοποθετηθεί μόνο σε ένα πολύ λεπτό άκρο βελόνας και το δείγμα πρέπει επίσης να αντέχει ηλεκτρικά πεδία υψηλής έντασης, ώστε να περιορίζει το πεδίο εφαρμογής του.
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) λειτουργεί με εντελώς διαφορετική αρχή, δεν λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με την ουσία του δείγματος ενεργώντας στο δείγμα με δέσμη ηλεκτρονίων (όπως ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης και σάρωσης), ούτε χρησιμοποιεί υψηλή ηλεκτρικό πεδίο για να κάνει τα ηλεκτρόνια στο δείγμα να κερδίζουν περισσότερο από να βγαίνουν Η απεικόνιση ρεύματος εκπομπής (όπως το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εκπομπής πεδίου) που σχηματίζεται από την ενέργεια της εργασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του υλικού του δείγματος. Απεικονίζεται ανιχνεύοντας το ρεύμα της σήραγγας στην επιφάνεια του δείγματος, έτσι ώστε να μελετηθεί η επιφάνεια του δείγματος.
αρχή
Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας είναι ένας νέος τύπος μικροσκοπικής συσκευής για τη διάκριση της επιφανειακής μορφολογίας των στερεών ανιχνεύοντας το ρεύμα σήραγγας των ηλεκτρονίων σε άτομα στη στερεά επιφάνεια σύμφωνα με την αρχή του φαινομένου σήραγγας στην κβαντική μηχανική.
Λόγω της επίδρασης σήραγγας των ηλεκτρονίων, τα ηλεκτρόνια στο μέταλλο δεν περιορίζονται πλήρως εντός του επιφανειακού ορίου, δηλαδή, η πυκνότητα των ηλεκτρονίων δεν πέφτει ξαφνικά στο μηδέν στο όριο της επιφάνειας, αλλά διασπάται εκθετικά έξω από την επιφάνεια. το μήκος διάσπασης είναι περίπου 1 nm, που είναι ένα μέτρο του επιφανειακού φραγμού για τη διαφυγή των ηλεκτρονίων. Εάν δύο μέταλλα είναι πολύ κοντά το ένα στο άλλο, τα νέφη ηλεκτρονίων τους μπορεί να επικαλύπτονται. Εάν εφαρμοστεί μικρή τάση μεταξύ των δύο μετάλλων, μπορεί να παρατηρηθεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα (που ονομάζεται ρεύμα σήραγγας) μεταξύ τους.
Τρόπος εργασίας
Αν και οι διαμορφώσεις των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων σάρωσης σήραγγας είναι διαφορετικές, περιλαμβάνουν όλα τα ακόλουθα τρία κύρια μέρη: ένα μηχανικό σύστημα (σώμα καθρέφτη) που οδηγεί τον ανιχνευτή να κάνει τρισδιάστατες κινήσεις σε σχέση με την επιφάνεια του αγώγιμου δείγματος και χρησιμοποιείται για έλεγχος και παρακολούθηση του καθετήρα. Το ηλεκτρονικό σύστημα για την απόσταση από το δείγμα και το σύστημα απεικόνισης για τη μετατροπή των δεδομένων μέτρησης σε εικόνες. Διαθέτει δύο τρόπους λειτουργίας: λειτουργία σταθερού ρεύματος και σταθερή υψηλή λειτουργία.
Λειτουργία σταθερού ρεύματος
Το ρεύμα της σήραγγας ελέγχεται και διατηρείται σταθερό από ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ανάδρασης. Στη συνέχεια, το σύστημα υπολογιστή ελέγχει το άκρο της βελόνας για σάρωση στην επιφάνεια του δείγματος, δηλαδή για να κάνει το άκρο της βελόνας να κινείται δισδιάστατα κατά μήκος των κατευθύνσεων x και y. Δεδομένου ότι το ρεύμα της σήραγγας πρέπει να ελέγχεται ώστε να είναι σταθερό, το τοπικό ύψος μεταξύ του άκρου της βελόνας και της επιφάνειας του δείγματος θα παραμείνει επίσης σταθερό, έτσι το άκρο της βελόνας θα εκτελεί τα ίδια σκαμπανεβάσματα με τα πάνω και τα κάτω της επιφάνειας του δείγματος και οι πληροφορίες ύψους θα αντικατοπτρίζονται ανάλογα. βγαίνω έξω. Δηλαδή, το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας λαμβάνει τις τρισδιάστατες πληροφορίες της επιφάνειας του δείγματος. Αυτή η μέθοδος εργασίας λαμβάνει ολοκληρωμένες πληροφορίες εικόνας, μικροσκοπικές εικόνες υψηλής ποιότητας και χρησιμοποιείται ευρέως.
Λειτουργία σταθερού ύψους
Διατηρήστε σταθερό το απόλυτο ύψος του άκρου της βελόνας κατά τη διαδικασία σάρωσης του δείγματος. τότε η τοπική απόσταση μεταξύ του άκρου της βελόνας και της επιφάνειας του δείγματος θα αλλάξει και το μέγεθος του ρεύματος της σήραγγας I θα αλλάξει επίσης ανάλογα. η αλλαγή του ρεύματος της σήραγγας Ι καταγράφεται από τον υπολογιστή και μετατρέπεται σε Εμφανίζεται το σήμα εικόνας, δηλαδή λαμβάνεται μια μικρογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας. Αυτός ο τρόπος εργασίας είναι κατάλληλος μόνο για δείγματα με σχετικά επίπεδες επιφάνειες και μεμονωμένα εξαρτήματα.
