עקרון מיקרוסקופ אלקטרונים במנהור סריקה
מיקרוסקופ מנהור סורק (STM) הוא מכשיר המשתמש באפקט המנהור בתורת הקוונטים כדי לזהות את מבנה פני השטח של חומרים. הוא משתמש באפקט המנהור הקוונטי של אלקטרונים בין אטומים כדי להמיר את סידור האטומים על פני החומרים למידע תמונה. שֶׁל.
מבוא
מיקרוסקופ אלקטרוני ההולכה שימושי מאוד בהתבוננות במבנה הכללי של החומר, אך קשה יותר בניתוח של מבנה פני השטח, מכיוון שמיקרוסקופ אלקטרוני ההולכה משיג מידע באמצעות החשמל בעל האנרגיה הגבוהה דרך הדגימה, המשקף את החומר המדגם. . מידע פנימי. למרות שמיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת (SEM) יכולה לחשוף תנאי שטח מסוימים, מכיוון שלאלקטרונים המתרחשים תמיד יש אנרגיה מסוימת והם יחדרו לתוך המדגם, מה שנקרא "המשטח" המנותח הוא תמיד בעומק מסוים, וקצב הפיצול הוא גם מושפע מאוד. לְהַגבִּיל. למרות שניתן להשתמש היטב במיקרוסקופ אלקטרונים פליטת שדה (FEM) ובמיקרוסקופ יונים שדה (FIM) למחקר משטח, הדגימה חייבת להיות מוכנה במיוחד וניתן למקם אותה רק על קצה מחט דק מאוד, והדגימה חייבת גם להיות מסוגלת לעמוד שדות חשמליים בעוצמה גבוהה, כך שהוא מגביל את היקף היישום שלו.
מיקרוסקופ סריקת מנהור אלקטרוני (STM) פועל על עיקרון שונה לחלוטין, הוא אינו משיג מידע על חומר הדגימה על ידי פעולה על הדגימה באמצעות קרן אלקטרונים (כגון מיקרוסקופי שידור וסריקת אלקטרונים), ואינו משתמש במיקרוסקופ גבוה שדה חשמלי כדי לגרום לאלקטרונים בדגימה להרוויח יותר מאשר לצאת החוצה ניתן להשתמש בהדמיית זרם הפליטה (כגון מיקרוסקופ פליטת אלקטרונים בשדה) שנוצר על ידי אנרגיית העבודה כדי לחקור את חומר הדגימה. זה מצולם על ידי זיהוי זרם המנהרה על פני הדגימה, כדי לחקור את פני הדגימה.
עִקָרוֹן
מיקרוסקופ מנהור סורק הוא סוג חדש של מכשיר מיקרוסקופי להבחין במורפולוגיה של פני השטח של מוצקים על ידי זיהוי זרם המנהור של אלקטרונים באטומים על פני השטח המוצקים על פי עקרון אפקט המנהור במכניקת הקוונטים.
בשל השפעת המנהור של אלקטרונים, האלקטרונים במתכת אינם מוגבלים לחלוטין בתוך גבול פני השטח, כלומר, צפיפות האלקטרונים אינה יורדת לפתע לאפס בגבול פני השטח, אלא מתפוררת באופן אקספוננציאלי מחוץ לפני השטח; אורך ההתפרקות הוא בערך 1 ננומטר, שהוא מדד למחסום פני השטח לבריחה של אלקטרונים. אם שתי מתכות קרובות מאוד זו לזו, ענני האלקטרונים שלהן עלולים לחפוף; אם מתח קטן מופעל בין שתי המתכות, ניתן לראות זרם חשמלי (הנקרא זרם מנהור) ביניהן.
צורת עבודה
למרות שהתצורות של מיקרוסקופי אלקטרונים סורקים מנהור שונות, כולם כוללים את שלושת החלקים העיקריים הבאים: מערכת מכנית (גוף מראה) המניעה את הגשושית לבצע תנועות תלת מימדיות ביחס לפני השטח של הדגימה המוליכה, ומשמשת לשלוט ולפקח על הגשש. המערכת האלקטרונית למרחק מהמדגם ומערכת התצוגה להמרת הנתונים הנמדדים לתמונות. יש לו שני מצבי עבודה: מצב זרם קבוע ומצב גבוה קבוע.
מצב זרם קבוע
זרם המנהור נשלט ונשמר קבוע על ידי מעגל משוב אלקטרוני. לאחר מכן מערכת המחשב שולטת בקצה המחט כדי לסרוק את משטח הדגימה, כלומר לגרום לקצה המחט לנוע דו מימדי לאורך כיווני x ו-y. מכיוון שצריך לשלוט בזרם המנהרה כדי להיות קבוע, גם הגובה המקומי בין קצה המחט למשטח הדגימה יישאר קבוע, כך שקצה המחט יבצע את אותן עליות וירידות עם העליות והמורדות של משטח הדגימה, וכן מידע הגובה ישתקף בהתאם. צא. כלומר, מיקרוסקופ המנהור האלקטרוני הסורק משיג את המידע התלת מימדי של משטח המדגם. שיטת עבודה זו משיגה מידע תמונה מקיף, תמונות מיקרוסקופיות באיכות גבוהה ונמצאת בשימוש נרחב.
מצב גובה קבוע
שמור על הגובה המוחלט של קצה המחט קבוע במהלך תהליך הסריקה של המדגם; אז המרחק המקומי בין קצה המחט למשטח הדגימה ישתנה, וגם גודל זרם המנהרה I ישתנה בהתאם; השינוי של זרם המנהרה I מתועד על ידי המחשב ומומר לאות התמונה מוצג, כלומר מתקבל מיקרוסקופ מנהור אלקטרוני סורק. דרך עבודה זו מתאימה רק לדוגמאות עם משטחים שטוחים יחסית ורכיבים בודדים.
