к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Сканирующий туннельный микроскоп

Сканирующий туннельный микроскоп - прибор для изучения поверхности твёрдых электропроводящих тел, основанный на сканировании металлич. острия над поверхностью образца на расстоянии8040-54.jpg . Такое расстояние достаточно мало для туннелирования электронов через контакт, т.е. для протекания туннельного тока j8040-55.jpg 1-10 нА между остриём и образцом, при разности потенциалов V между ними от единиц мВ до неск. В (в зависимости от материалов электродов и целей). При этом цепь обратной связи поддерживает значение j постоянным, соответственно изменяя z. Синхронная со сканированием запись сигнала обратной связи Vz (на двухкоординатном самописце - в виде кривых, на экране телевиз. трубки - в виде карты и т. п.) представляет собой увеличенную запись профиля поверхности постоянного туннельного тока j(x, у). Она совпадает с геом. поверхностью образца S(x, у), если высота потенц. барьера (работа выхода)электронов8040-56.jpg одинакова по всей поверхности S, поскольку8040-57.jpg , где8040-58.jpg. В ином случае распределение8040-59.jpg может быть получено путём модуляции расстояния на частоте, более высокой, чем полоса пропускания цепи обратной связи и измерения возникающей на этой частоте модуляции j, амплитуда к-рой пропорциональна8040-60.jpg Т. о., в результате сканирования острия над участком исследуемой поверхности получаются одновременно её профиль S(x, у)и распределение работы выхода8040-61.jpg

С. т. м. изобретён Г. Биннингом и Г. Рорером в 1982 [1]. Увеличение его определяется отношением размеров записи кадра (на бумаге или экране трубки) к размерам сканируемого участка поверхности, последние могут составить от единиц8040-62.jpg до десятков мкм. Разрешающая способность микроскопа по х, у достигает ~ 18040-63.jpg, а по z порядка 0,018040-64.jpg. Прибор может работать в вакууме, газе или жидкости, поскольку z имеет величину порядка межатомных расстояний в жидкости. Выбор среды определяется конкретной задачей, прежде всего условиями подготовки и поддержания чистоты (или сохранности) образца. Малая величина l и низкая энергия туннелирующих электронов исключают опасность повреждения образца током. Длительность записи одного кадра от ~ 0,03 с до 30 мин.
8040-65.jpg

Рис. 1. Схема устройства туннельного микроскопа: Vz - напряжение обратной связи, регулирующее величину z: пунктир - траектория острия, записываемая регистрирующей системой при движении острия над линией L;8040-66.jpg- сглаженная запись ступеньки; В - запись участка С с пониженной работой выхода;8040-67.jpg - модуляция r с целью определения работы выхода.

Схема устройства С. т. м. приведена на рис. 1. Пьезоэлектрич. пластины Рх, Ру, Рz свободными концами (вне рис. 1) закреплены на станине прибора и при приложении к ним электрич. напряжения двигают остриё вдоль соответствующей координаты за счёт собств. деформации (пьезодвигатели). Устройства сближения образца и острия до малого расстояния, перекрываемого пьезодвигателем, осуществлены в разл. вариантах [2]. Блок-схема туннельного микроскопа приведена на рис. 2.

Атомная структура поверхности свежего скола монокристалла графита (долго остающегося чистым на воздухе) часто служит в качестве тест-объекта (рис. 3). Это фотография экрана телевиз. трубки, представляющая собой результат сканирования образца, при к-ром сигнал обратной связи Vz модулирует яркость пятна, перемещающегося по кадру. Светлые пятна - атомы С, выступающие над ср. плоскостью поверхности, тёмные места - углубления между ними.
8040-68.jpg

Рис. 2. Блок-схема туннельного микроскопа: У - усилитель туннельного тока; ОС - схема обратной связи; Д - пьезодвигатель острия; РО - устройство регистрации и обработки данных.
8040-69.jpg

Рис. 3. Атомная структура поверхности ориентированного пиролитического монокристалла графита.

Одно из первых исследований - изучение реконструиров. структуры поверхности (111) монокристалла Si: на рис. 4 границы элементарной ячейки (7 X 7) показаны ромбом, одна сторона к-рого лежит на ступени высотой в один слой атомов [3, 4]. При меньшей разрешающей способности (~108040-71.jpg) можно изучать состояние поверхности образца на участках большего размера; на рис. 5 показан записанный на двухкоординатном самописце профиль обработанной поверхности (100) кристалла Si (применённого в МДП-структуре для исследования квантового Холла эффекта [5]).
8040-70.jpg

Рис. 4. Атомная структура реконструированной поверхности (111) монокристалла Si.

8040-72.jpg

Рис. 5. Поверхность (100) монокристалла Si, обработанная по высшему классу точности.

Успех С. т. м. вызвал появление аналогичных методов исследования поверхностей посредством электрич., световых и др. датчиков. Среди них наиб. интересен сканирующий атомно-силовой микроскоп, основанный на измерении сил, действующих на микроскопия, алмазное остриё, находящееся на расстоянии ~ 3-1108040-73.jpg от поверхности образца (к-рый может быть диэлектриком); остриё укрепляется на чувствит. пружине, деформации к-рой измеряются при помощи С. т.м. [2].

Наиб. важные области применения С. т. м.: исследования атомного строения поверхностей, металлических, сверхпроводящих и полупроводниковых структур, явлений адсорбции, и поверхностных хим. процессов, структуры молекул и биол. объектов, технол. исследования в области микро- и субмикроэлектроники, плёночных покрытий и обработки поверхностей; применение С. т. м. как инструмента обработки поверхностей в субмикроскопич. масштабе и т. д.

Литература по сканирующим туннельным микроскопам

  1. Binning G., Rohrer H., Scanning tunneling microscopy, «Helv. Phys. Acta», 1982, v. 55, № 6, p. 726;
  2. Эдельман В. С., Сканирующая туннельная микроскопия, «ПТЭ», 1989, № 5, с. 25;
  3. Эдельман В. С., Развитие сканирующей туннельной и силовой микроскопии, «ПТЭ», 1991, № 1, с. 24;
  4. Xайкин М. С. и др., Сканирующие туннельные микроскопы, «ПТЭ», 1987, № 4, с. 231;
  5. Весker R. S. и др., Tunneling images of atomic steps on the Si (111) 7 x 7 surface, «Phys. Rev. Lett.», 1985, v. 55, № 19, p. 2028;
  6. Xайкин М. С. и др., Сканирующая туннельная микроскопия границы раздела Si - SiO2 в МДП-структуре, «Письма в ЖЭТФ», 1986, т. 44, . № 4, с. 193.

М. С. Хайкин

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution