扫描电压的作用下，扫描器驱动探针在导电样品表面附近作x-y方向的扫描运动.与此同 时，由差动放大器来检测探针与样品间的隧道电流，并把它转换成电压，反馈到扫描器， 作为探针：方向的部分驱动电压，以控制探针作扫描运动时离样品表面的高度。 STM常用的工作模式主要有以下两种： (1)恒流模式 如图3()，利用压电陶瓷控制针尖在样品表面xy方向扫描，而：方向的反馈回路 控制隧道电流的恒定，当样品表面凸起时，针尖就会向后退，以保持隧道电流的值不变， 当样品表面凹讲时，反馈系统将使得针尖向前移动，则探针在垂直于样品方向上高低的变 化就反映出了样品表面的起伏。将针尖在样品表面扫描时运动的轨迹记录并显示出来， 得到了样品表面态密度的分布或原子排列的图像 这种工作模式可用于观察表面形貌 较大的样品，且可通过加在：方向的驱动电压值推算表面起伏高度的数值.恒流模式是 种常用的工作模式，在这种工作模式中，要注意正确选择反馈回路的时间常数和扫描频率， (2)恒高模式 如图3(b),针尖的y方向仍起若扫描的作用，而：方向则保持绝对高度不变，由 于针尖与样品表面的局域高度会随时发生变化，因而隧道电流的大小也会随之明 是变化 通过记录扫描过程中隧道电流的变化亦可得到表面态密度的分布。恒高模式的特点是扫描 速度快，能够减少噪音和热漂移对信号的影响，实现表面形貌的实时显示，但这种模式要 求样品表面相当平坦，样品表面的起伏一般不大于1m,否则探针容易与样品相撞 (a) (b) 图3扫描隧道显微镜的两种工作模式()恒电流模式(b)恒高度模式 【实验内容】 1.准各和安装样品、针尖 针尖在扫描殘道显微镜头部的金属管中固定，路出头部约5毫米 将样品放在样品座上，应保证良好的电接触。将下部的两个螺旋测微头向上旋起，然 后把头部轻轻放在支架上（要确保针尖和样品间有一定的距离），头部的两边用弹簧扣住，小 心地细调螺旋测微头和手动控制电机，使针尖向样品逼近，用放大镜观察，在针尖和样品 相距约0.5一1毫米处停住 2.金膜表面的原子团簇图像扫描 运行STM的工作软件，单击“在线扫描”，出现“STM扫描控制”控制界面。 “隧道电流”置为0.25一0.3n4,“针尖偏压”置为200~250mv,“扫描范围”设为 1000nm左右，“扫描角度”设为0~90度，“扫描速度”设为0.1s/行左右，“采样”设 -78-扫描电压的作用下，扫描器驱动探针在导电样品表面附近作 x- y 方向的扫描运动．与此同 时，由差动放大器来检测探针与样品间的隧道电流，并把它转换成电压，反馈到扫描器， 作为探针 z 方向的部分驱动电压，以控制探针作扫描运动时离样品表面的高度． STM 常用的工作模式主要有以下两种： （1）恒流模式 如图 3（a），利用压电陶瓷控制针尖在样品表面 x-y 方向扫描，而 z 方向的反馈回路 控制隧道电流的恒定，当样品表面凸起时，针尖就会向后退，以保持隧道电流的值不变， 当样品表面凹进时，反馈系统将使得针尖向前移动，则探针在垂直于样品方向上高低的变 化就反映出了样品表面的起伏．将针尖在样品表面扫描时运动的轨迹记录并显示出来，就 得到了样品表面态密度的分布或原子排列的图像．这种工作模式可用于观察表面形貌起伏 较大的样品，且可通过加在 z 方向的驱动电压值推算表面起伏高度的数值．恒流模式是一 种常用的工作模式，在这种工作模式中，要注意正确选择反馈回路的时间常数和扫描频率． （2）恒高模式 如图 3（b），针尖的 x-y 方向仍起着扫描的作用，而 z 方向则保持绝对高度不变，由 于针尖与样品表面的局域高度会随时发生变化，因而隧道电流的大小也会随之明显变化， 通过记录扫描过程中隧道电流的变化亦可得到表面态密度的分布．恒高模式的特点是扫描 速度快，能够减少噪音和热漂移对信号的影响，实现表面形貌的实时显示，但这种模式要 求样品表面相当平坦，样品表面的起伏一般不大于 1 nm，否则探针容易与样品相撞． y x z S TT ,IV 反馈回路 VZ y x （a） （b） 图 3 扫描隧道显微镜的两种工作模式 （a）恒电流模式（b）恒高度模式 【实验内容】 1．准备和安装样品、针尖 针尖在扫描隧道显微镜头部的金属管中固定，露出头部约 5 毫米． 将样品放在样品座上，应保证良好的电接触．将下部的两个螺旋测微头向上旋起，然 后把头部轻轻放在支架上（要确保针尖和样品间有一定的距离），头部的两边用弹簧扣住．小 心地细调螺旋测微头和手动控制电机，使针尖向样品逼近，用放大镜观察，在针尖和样品 相距约 0.5—1 毫米处停住． 2．金膜表面的原子团簇图像扫描 运行 STM 的工作软件，单击“在线扫描”，出现“STM 扫描控制”控制界面． “隧道电流”置为 0.25～0.3nA，“针尖偏压”置为 200 ~ 250mv，“扫描范围”设为 1000nm 左右，“扫描角度”设为 0 ~ 90 度，“扫描速度”设为 0.1s / 行左右，“采样”设 - 78 -