주사 터널링 전자 현미경의 작동 방식

주사 터널링 전자 현미경의 작동 방식

일하는 방식

주사 터널링 전자 현미경의 구성은 다르지만 모두 다음 세 가지 주요 부분을 포함합니다. 프로브를 구동하여 전도성 샘플의 표면에 대해 3차원적으로 이동하고 제어하는 ​​데 사용되는 기계 시스템(거울 본체) 프로브를 모니터링합니다. 샘플과의 거리를 측정하는 전자 시스템과 측정된 데이터를 이미지로 변환하는 디스플레이 시스템. 정전류 모드와 정전류 모드의 두 가지 작동 모드가 있습니다.

정전류 모드

터널링 전류는 전자 피드백 회로에 의해 제어되고 일정하게 유지됩니다. 그런 다음 컴퓨터 시스템은 바늘 끝이 샘플 표면을 스캔하도록 제어합니다. 즉, 바늘 끝이 x 및 y 방향을 따라 2차원적으로 움직이도록 합니다. 터널 전류를 일정하게 제어해야 하므로 바늘 끝과 시료 표면 사이의 국부 높이도 일정하게 유지되므로 바늘 끝은 시료 표면의 기복에 따라 동일한 기복 운동을 수행하고 이에 따라 높이 정보가 반영됩니다. 나오다. 즉, 주사 터널링 전자 현미경은 시료 표면의 3차원 정보를 얻습니다. 이 작업 방식은 포괄적인 이미지 정보, 고품질의 현미경 이미지를 획득하며 널리 사용됩니다.

고정 높이 모드

샘플을 스캔하는 동안 바늘 끝의 절대 높이를 일정하게 유지하십시오. 그러면 바늘 끝과 샘플 표면 사이의 로컬 거리가 변경되고 그에 따라 터널 전류 I의 크기도 변경됩니다. 터널 전류 I의 변화는 컴퓨터에 의해 기록되고 이미지로 변환됩니다. 신호가 표시되고 주사 터널링 전자 현미경 사진이 얻어집니다. 이 작업 방식은 상대적으로 평평한 표면과 단일 구성 요소가 있는 샘플에만 적합합니다.

원칙

주사터널링현미경은 양자역학의 터널링 효과 원리에 따라 고체 표면의 원자에 있는 전자의 터널링 전류를 검출하여 고체의 표면 형태를 구별하는 새로운 유형의 현미경 장치입니다.

전자의 터널링 효과로 인해 금속의 전자는 표면 경계 내에 완전히 구속되지 않습니다. 감쇠 길이는 약 1nm이며 전자가 탈출하는 표면 장벽의 척도입니다. 두 금속이 서로 매우 가까우면 전자 구름이 겹칠 수 있습니다. 두 금속 사이에 작은 전압이 가해지면 두 금속 사이에 전류(터널링 전류라고 함)가 관찰될 수 있습니다.