扫描隧道显微镜分析原理及方法课件.ppt

《扫描隧道显微镜分析原理及方法课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、扫描隧道显微镜分析原理及方法ScanningTunnelingMicroscopeSTM概述优点与应用原理STM仪器局限性与发展概述：1933年，德国和等人在柏林制成第一台电子显微镜后，几十年来，有许多用于表面结构分析的现代仪器先后问世。如：TEM、SEM、FEM、FIM、LEED、AES等。1982.年，国际商业机器公司苏黎世实验室的GerdBinnig博士和HeinrichRohrer博士及其同事共同研制成功了世界上第一台新型的表面分析仪器——STM。它的出现使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有

2、关的物理、化学性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重广阔的前景，被国际科学界认为八十年代世界十大科技成就之一。优点与应用：具有原子级高分辨率。表面原子结构的研究：表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置等可实时地得到在实空间中表面的三维图象。可实时观测性可用与表面扩散等动态过程的研究工作环境范围广。真空、大气、常温。水或其它溶液。因此特别适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价，如对多相催化机理、超导机制、电化学反应过程中电极表面的监测等配合STS可以得到有关表面电子结构的信息。表面态的研究：表面电子态

3、密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒变化和能隙结构等红细胞三维图像DNA双螺旋结构细胞膜的表面结构细胞生长ＳＴＭ与ＥＭ、ＦＩＭ的各项性能指标比较分辨率工作环境样品环境温度对样品破坏程度检测深度ＳＴＭ原子级（垂直０。０１nm）（横向０。１nm）实环境、大气、溶液、真空室温或低温无１～２原子层ＴＥＭ点分辨（０。３～０。５ｎｍ）晶格分辨（０。１～０。２ｎｍ）高真空室温小〈１００ｎｍＳＥＭ６～１０ｎｍ高真空室温小１０ｍｍ（１０倍时）１ｍ（１０００倍时）ＦＩＭ原子级超高真空３０～８０ｋ有原子厚度Atunnelingcurrent扫描隧道显

4、微镜(1981)tipsampleIe2d=A+)隧道电流分辨率(nm)0.1eff0.05nm10AA＝3原理：STM仪器：电子反馈系统控制隧道电流计算机控制针尖扫描针尖将随样品表面起伏而起伏得到表面的第三维信息STM仪器：振动隔绝系统合成橡胶缓冲垫弹簧悬挂磁性涡流阻尼机械设计压电陶瓷隧道针尖计算机控制系统硬件软件机械设计：在ｚ方向的伸缩范围至少为１ｍ，精度约为０。０１ｎｍ在ｘ和ｙ方向的扫描范围至少为１ｍｘ１ｍ，精度应在左右０。０１ｎｍ在ｚ方向机械调节的精度应高于０。１ｍ，其精度至少应在压电陶瓷驱动器

5、方向长度变化范围内，这个变化范围由驱动点压和压电陶瓷材料的压电系数所决定。机械调节的范围应在１ｍｍ以上能在较大的范围内选择感兴趣的区域扫描针尖与样品之间的间隙尽可能具有较高的稳定性，即具有较高的机械振动频率在理想的机械设计中应满足如下要求：压电陶瓷：压电现象隧道针尖：隧道针尖结构的影响制备针尖的方法：电化学腐蚀法、机械成型法STM仪器：隧道针尖结构的影响SchematicsandImageProfilesofSpheresScannedwithaSharp(left)andDull(right)ProbeInTouchwithAtom

6、s•Theaccumulationofdebrisontheendofthetipcanalsodullthetipandresultinimagedistortion,asshownbelow.SchematicandImageProfileofTrenchesScannedwithaDirtyTipDullorDirtyTipIfthetipbecomeswornorifdebrisattachesitselftotheendofthetip,thefeaturesintheimagemayallhavethesameshape.

7、Whatisreallybeingimagedisthewornshapeofthetiportheshapeofthedebris,notthemorphologyofthesurfacefeatures.DoubleorMultipleTipsDoubleormultipletipimagesareformedwithatipwithtwoormoreendpointswhichcontactthesamplewhileimaging.TheaboveimagesareexamplesLoosedebrisonthesamples

8、urfacecancauselossofimageresolutionandcanproducestreakingintheimage.Theimageontheleftisanexampleofthelossofres