扫描遂道显微镜(STM) 表面分析仪:1982年第 国际商业机器公司苏黎世实验室 ( Gerd Bining Heinrich rohrer)
扫描遂道显微镜（STM） 表面分析仪：1982年第一台 国际商业机器公司苏黎世实验室 (Gerd Bining\Heinrich Rohrer)
STM扫描隧道显微镜 功能: 1。主要功能:提供具有原子级分辩率的 表面形貌 2。另一种应用:可以作为谱学研究的工 具
STM扫描隧道显微镜 • 功能： • 1。主要功能：提供具有原子级分辩率的 表面形貌。 • 2。另一种应用：可以作为谱学研究的工 具
表面结构分析现代仪器历史 1933年第一台电子显微镜: 透射电子显微镜(TEM) 扫描电子显微镜(SEM) 场电子显微镜(FEM) 场离子显微镜(FIM) 扫描隧道显微镜(STM) 原子力显微镜(AFM)
表面结构分析现代仪器历史 • 1933年第一台电子显微镜： • 透射电子显微镜（TEM） • 扫描电子显微镜（SEM） • 场电子显微镜（FEM） • 场离子显微镜（FIM） • 扫描隧道显微镜（STM） • 原子力显微镜（AFM）
人眼晴分辩率:0.1mm以上 光学显微镜极限分辩本领是光波的半波 长:可见光最短0.4m(半波长:0.2um) 透射电镜 原理:光线在介质中运动与电子在磁场 中运动相似性质。光波长电子波长。光 学透镜-磁透镜
• 人眼晴分辩率：0.1mm以上。 • 光学显微镜极限分辩本领是光波的半波 长：可见光最短0.4um(半波长：0.2um） • 透射电镜 • 原理：光线在介质中运动与电子在磁场 中运动相似性质。光波长-电子波长。光 学透镜-磁透镜
透射电镜(TEM) 电子波长: 德布罗意波波长:兄 电子被电场加速 2ev h h 2mev 2moev(l+ C 加速电压:50-100KV。电子波长: 0.00536~0.00370nm 磁透镜
透射电镜（TEM） • 电子波长： • 加速电压：50-100KV。电子波长： 0.00536~0.00370nm • 磁透镜 ) 2 2 (1 2 , 2 2 1 : : , 2 0 0 2 m c eV m eV h meV h m eV v m v eV m v h + = = = = = 电子被电场加速 德布罗意波波长
透射电镜的条件与特征 1.电子运动的轨迹满足旁轴条件 ·2电子运动的速度是完全相同的 3.形成透镜的电磁场具有理想的轴对称性 4电镜的镜筒内部处于高真空。 5样品尺寸小,并对电子束是透明的。 ·6样品制备技术与图像解释方法发展
透射电镜的条件与特征 • 1.电子运动的轨迹满足旁轴条件。 • 2.电子运动的速度是完全相同的。 • 3.形成透镜的电磁场具有理想的轴对称性 • 4.电镜的镜筒内部处于高真空。 • 5.样品尺寸小，并对电子束是透明的。 • 6.样品制备技术与图像解释方法发展
扫描电镜(SEM) 1成像原理与与透射电镜完全不同。 ·2高能电子轰击样品表面。激发各种信息。 3.二次电子、透射电子、俄歇电子、Ⅹ射 线等。 4.不同的信息检测器。 5高真空状态。 6分辩率逊色于透射电镜数十倍
扫描电镜（SEM） • 1.成像原理与与透射电镜完全不同。 • 2.高能电子轰击样品表面。激发各种信息。 • 3.二次电子、透射电子、俄歇电子、X射 线等。 • 4.不同的信息检测器。 • 5.高真空状态。 • 6.分辩率逊色于透射电镜数十倍
扫描隧道显微镜 基本原理 量子理论中的隧道效应 极细探针与研究物质作为两个探极 隧道电流: 不可穿透 经典力学 loovb exp( -Ao2 量了力学 隆道效应 盛 2, 图2-1经典理论和量子理论的差别
扫描隧道显微镜 基本原理 • 量子理论中的隧道效应。 • 极细探针与研究物质作为两个探极。 • 隧道电流： 2 ) 1 IVb exp(−A s
扫描隧道显微镜的原理结构 极细探针与研究物质作为两个探极 针尖坚动机构 电子学系统 支 架 样品 计算机 减震系统 图3sTM的基本构成
扫描隧道显微镜的原理结构 • 极细探针与研究物质作为两个探极
扫描模式 恒电流模式:适用于观察表面形貌起伏 较大的样品 恒高度模式:扫描速度快,减少噪音等, 不能用于观察表面起伏大于1nm的样品 反回路 (a)恒电流模式v2(,")→x(x.y) (恒高度模式",)→x(x,y 图2扫描道显微镜的两种工作模式
扫描模式 • 恒电流模式：适用于观察表面形貌起伏 较大的样品。 • 恒高度模式：扫描速度快，减少噪音等， 不能用于观察表面起伏大于1nm 的样品