Cxvcxvz

Trường đại học bách khoa hà nội
viện đào tạo và bồi dưỡng sau đại học
viện vật lý kỹ thuật.

Môn: Vật lý và công nghệ vật liệu hiện đại.

Đề tài : Hiển vi tulnnel.
Học viên: Vũ Đình Phước.
Lớp cao học: Vật lý kỹ thuật (2006-2008).

Hiển vi Tunnel.
1/ Cơ sở lý thuyết.
2/ Thiết bị.
3/ ứng dụng.



Hiển vi Tunnel.
A/ Cơ sở lý thuyết.
- Kính hiển vi Tunnel dựa trên nguyên lý của hiện tượng xuyên hầm (tunnel).
- Mũi dò và mẫu tạo thành hai cực điện.
- Mũi dò được đặt sát bề mặt mẫu dẫn điện tới mức xuất hiện dòng điện tử tunnel giữa mũi do và mẫu, dòng tunnel này phụ thuộc vào khoảng cách tip - mẫu và cấu trúc điện tử của mẫu.
- Nếu mẫu dẫn điện có cấu trúc điện tử và mật độ trạng thái đồng đều, khi đầu dò quét trên một diện tích nhỏ bề mặt theo hai phương x, y và thu được dòng tunnel I ở từng vị trí, thì tập hợp các giá trị x, y , I tạo nên ảnh địa hình bề mặt.
- Trong trường hợp mẫu rất phẳng, có thể xem như khoảng cách tip - mẫu không đổi thì khi đó dòng sẽ liên quan đến sự thay đổi cấu trúc điện , mật độ trạng thái của mẫu.
- Khi khoảng cách mũi do và mẫu vào cỡ 0,5-1 nm, thì hàm sóng điện tử của tip và mẫu phủ nhau dẫn đến khả năng các điện tử có thể vượt qua rào thế tới tip hay mẫu, đó là hiện tượng xuyên hầm.
B / Thiết bị.
1 / §Ó cã ¶nh víi ®é ph©n gi¶i nguyªn tö th× vÞ trÝ tip ph¶i ph©n gi¶i ®­îc ë møc 0,1 theo chiÒu th¼ng ®øng vµ 1 theo chiÒu ngang.Thang ®o ®éng yªu cÇu ®Ó t¹o ¶nh ph©n gi¶i nguyªn tö lµ vµi ngµn angstrom theo h­íng x , y ,z. Yªu cÇu quÐt ®­îc tho¶ m·n b»ng viÖc sö dông gèm ¸p ®iÖn. Gèm ¸p ®iÖn cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh vÞ trÝ xuèng 0,01 . Tip ®­îc g¾n vµo gèm ¸p ®iÖn h×nh èng ®¬n gi¶n, cùc ra cña èng ®­îc chia lµm 4 phÇn t­¬ng ®­¬ng song song víi c¸c trôc . ViÖc quÐt ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®Æt ®iÖn ¸p vµ - vµo hai cùc vÞ trÝ theo ph­¬ng x , , - vµo hai cùc cßn l¹i , ®iÖn ¸p ®Æt vµo gèm t¨ng lªn th× hÖ sè khuÕch ®¹i còng t¨ng theo.
2/ Cách tiếp cận tip với bề mặt mẫu.
Tiếp cận tip với bề mặt mẫu có thể tiến hành trong chân không hay trong không khí. Thông thường ta dùng cách tiếp cận là cơ chế tiếp cận quán tính. Người ta sử dụng hai trụ áp điện đồng tâm, trụ trong sử dụng để quét tip trên mẫu, trụ ngoài sử dụng để chuyển đổi quán tính của mẫu sang thang đo tunnel.
3/ Chống rung.
Ta phải đảm bảo biên độ dao động của típ và mẫu phải nhỏ hơn độ phân giải yêu cầu.
4/ Đầu dò.
Mũi dò quyết định độ phân giải và tính lặp lại của kết quả, độ phân giải thu được phụ thuộc vào bán kính cong và hình dạng của tip. Tip thường được chế tạo bằng dây vonfram hay platin-iridi.
5/ Các chế độ hoạt động.
STM có hai chế độ hoạt động đó là dòng không đổi và độ cao không đổi.
- ở chế độ dòng không đổi, thì dòng giữa tip - mẫu không đổi qua hệ thống điều khiển phản hồi , tip dịch chuyển theo hướng x, y và z tuân theo địa hình bề mặt, độ thay đổi theo chiều cao (Z) được sử dụng để tạo ảnh địa hình.
- ở chế độ chiều cao không đổi, vị trí z của tip giữ không đổi, dòng tip-mẫu nhận được nhờ hệ thống thu trong khi tip quét trên bề mặt mẫu, trong trường hợp này độ biến thiên dòng phản ánh địa hình bề mặt mẫu.
C/ ứng dụng của STM.
1/ Định hướng nguyên tử.
STM được ứng dụng như một đầu dò trong khoa học bề mặt để nghiên cứu tính chất bề mặt của vật liệu như cấu trúc nguyên tử của GaAs(110).
2/ Phổ học.
STM có khả năng phân giải cao, do vậy có thể được ứng dụng cho quang phổ học tunnel và phép đo điện tử bề mặt, các phép đo này liên quan đến sự nghiên cứu về mật độ điện tử địa phương của các trạng thái vật liệu.
3/ Chế tạo cấu trúc có kích thước nano.
ứng dụng nổi bật của STM là khắc nano. Quá trình khắc nano có thể hoàn thành bằng cách tẩy bề mặt nhờ tip.
VD: Ta có thể nhận được vết lõm sâu cỡ 40 sau khi nhấn tip vonfram vào bề mặt Ag (001). Ta có thể dùng STM như một công cụ vi cơ để rạch trực tiếp các đường trên màng mỏng.