隧道电流的大小由电子穿透厚度为Z的势垒的几率的大小决定.用扫描隧道显微镜探测时 隧道电流的强度对探针针尖与样品表面之间的距离非常敏感,这个距离每减小1×10-10m, 隧道电流就増加一个数量级.也就是说,当探针针尖与样品靠得距离很近时,会在探针针尖 与被测样品之间的绝缘层中形成隧道电流.绝缘层薄,形成隧道电流的机会多,否则形成隧 道电流的机会少.由于得到的隧道电流的大小可以直接反映样品表面的凸凹情况,因此记录 了隧道电流的大小也就记录了样品表面的情况 、扫描隧道显微镜的工作过程 扫描隧道显微镜与一般的光学显微镜不同,它没有一般光学显微镜的光学器件,主要由 四部分组成:扫描隧道显微镜主体;电子反馈系统;计算机控制系统;显示终端(图3.其 主体的主要部分是极细的探针针尖:电子反馈系统主要用来产生隧道电流,控制隧道电流和 控制针尖在样品表面的扫描:计算机控制系统用来控制全部系统的运转和收集、存储得到的 显微图象资料,并对原始图象进行处理:显示终端为计算机屏幕或记录纸,用来显示处理后 的资料 扫描隧道显微镜工作时,探针针尖和被硏究的样品的表面是两个电极,使样品表面与探 针针尖非常接近(一般<10-9m),并给两个电极加上一定的电压,形成外加电场,以在样品 和探针针尖之间形成隧道电流.在用扫描隧道显微镜对样品表面进行观测时,通过电子反馈 电路控制隧道电流的大小,探针针尖在计算机控制下对样品表面扫描,同时可以在计算机屏 幕或记录纸上记录下扫描样品表面原子排列的图象 探针针尖在样品表面上进行扫描有两种方式:恒电流方式和恒高度方式.扫描时,一般 沿着平面坐标的XY两个方向作二维扫描.如果用恒电流扫描方式就要用电路来控制隧道电 流的大小不变,于是探针针尖就会随样品表面的高低起伏运动,从而反映出样品表面的高度 信息.由此可见,用扫描隧道显微镜获得的是样品表面的三维立体信息.如果采用恒高度扫 描方式,扫描时要保持针尖的绝对高度不变,由于样品表面由原子(分子)构成呈凸凹不平状, 使得扫描过程中探针针尖与样品的局部区域的距离是变化的,因而隧道电流的大小也化.通 过计算机把这种变化的隧道电流电信号转换为图象信号,就可以在它的终端显示出来 我们可以把扫描隧道显微镜的工作过程总结为:利用探针针尖扫描样品,通过隧道电流 获取信息,经计算机处理得到图象 要看到原子,必须达到原子级的分辨率.各种光学显微镜中都有光学透镜,进行观察时 都要受到光的衍射等影响而产生像差,根本不能达到原子级的分辨率.而扫描隧道显微镜的 中心装置仅仅是作为电极的针尖,根本没有一般显微镜的光学透镜.不用透镜观察物体,也 不用光或其他辐射进行聚焦,从而杜绝了由于光的衍射现象对像的清晰度的干扰 为了达到原子级的分辨率,扫描隧道显微镜的探针针尖必须是原子的.如是针尖有多个 原子,样品表面与探针针尖之间同时产生多道隧道电流,仪器采集到的隧道电流为所有隧道 电流的平均值,而不是一个原子的隧道电流.另外,如果探针针尖较粗,在对样品扫描时 就不能随样品表面原子的细微起伏而上下运动,不能根据探针针尖对样品进行精细的扫描, 也就不能测出样品表面的原子排列.因此,探针针尖是否只有一个原子,是扫描隧道显微镜 达到原子级分辨率的一个关键.制备扫描隧道显微镜的探针针尖,一般采用电化学腐蚀的方 法.实验时,还要用其他技巧帮助形成单原子针尖9 隧道电流的大小由电子穿透厚度为 Z 的势垒的几率的大小决定．用扫描隧道显微镜探测时， 隧道电流的强度对探针针尖与样品表面之间的距离非常敏感，这个距离每减小 1×10-10m， 隧道电流就增加一个数量级．也就是说，当探针针尖与样品靠得距离很近时，会在探针针尖 与被测样品之间的绝缘层中形成隧道电流．绝缘层薄，形成隧道电流的机会多，否则形成隧 道电流的机会少．由于得到的隧道电流的大小可以直接反映样品表面的凸凹情况，因此记录 了隧道电流的大小也就记录了样品表面的情况． 二、扫描隧道显微镜的工作过程 扫描隧道显微镜与一般的光学显微镜不同，它没有一般光学显微镜的光学器件，主要由 四部分组成：扫描隧道显微镜主体；电子反馈系统；计算机控制系统；显示终端(图 3)．其 主体的主要部分是极细的探针针尖；电子反馈系统主要用来产生隧道电流，控制隧道电流和 控制针尖在样品表面的扫描；计算机控制系统用来控制全部系统的运转和收集、存储得到的 显微图象资料，并对原始图象进行处理；显示终端为计算机屏幕或记录纸，用来显示处理后 的资料． 扫描隧道显微镜工作时，探针针尖和被研究的样品的表面是两个电极，使样品表面与探 针针尖非常接近(一般＜10-9m)，并给两个电极加上一定的电压，形成外加电场，以在样品 和探针针尖之间形成隧道电流．在用扫描隧道显微镜对样品表面进行观测时，通过电子反馈 电路控制隧道电流的大小，探针针尖在计算机控制下对样品表面扫描，同时可以在计算机屏 幕或记录纸上记录下扫描样品表面原子排列的图象． 探针针尖在样品表面上进行扫描有两种方式：恒电流方式和恒高度方式．扫描时，一般 沿着平面坐标的 XY 两个方向作二维扫描．如果用恒电流扫描方式就要用电路来控制隧道电 流的大小不变，于是探针针尖就会随样品表面的高低起伏运动，从而反映出样品表面的高度 信息．由此可见，用扫描隧道显微镜获得的是样品表面的三维立体信息．如果采用恒高度扫 描方式，扫描时要保持针尖的绝对高度不变，由于样品表面由原子(分子)构成呈凸凹不平状， 使得扫描过程中探针针尖与样品的局部区域的距离是变化的，因而隧道电流的大小也化．通 过计算机把这种变化的隧道电流电信号转换为图象信号，就可以在它的终端显示出来． 我们可以把扫描隧道显微镜的工作过程总结为：利用探针针尖扫描样品，通过隧道电流 获取信息，经计算机处理得到图象． 要看到原子，必须达到原子级的分辨率．各种光学显微镜中都有光学透镜，进行观察时 都要受到光的衍射等影响而产生像差，根本不能达到原子级的分辨率．而扫描隧道显微镜的 中心装置仅仅是作为电极的针尖，根本没有一般显微镜的光学透镜．不用透镜观察物体，也 不用光或其他辐射进行聚焦，从而杜绝了由于光的衍射现象对像的清晰度的干扰． 为了达到原子级的分辨率，扫描隧道显微镜的探针针尖必须是原子的．如是针尖有多个 原子，样品表面与探针针尖之间同时产生多道隧道电流，仪器采集到的隧道电流为所有隧道 电流的平均值，而不是一个原子的隧道电流．另外，如果探针针尖较粗，在对样品扫描时， 就不能随样品表面原子的细微起伏而上下运动，不能根据探针针尖对样品进行精细的扫描， 也就不能测出样品表面的原子排列．因此，探针针尖是否只有一个原子，是扫描隧道显微镜 达到原子级分辨率的一个关键．制备扫描隧道显微镜的探针针尖，一般采用电化学腐蚀的方 法．实验时，还要用其他技巧帮助形成单原子针尖．