Bài thuyết trình Máy STM (Scanning Tunneling Microscope)

DÒNG CHUI NGẦM

_d: khoảng cách giữa đầu dò và mẫu _Ф: chiều cao hố thế _m: khối lượng e.

_I giảm theo hệ số 10 khi khoảng cách tăng 1 Ao _I co giá trị từ 10pA – 1nA ( Ф cỡ vài eV,d cỡ 0,5 nm)

Dòng chui ngầm đo mật độ e ở bề mặt ( e gần mức Fermi). Do đó đo dòng chui ngầm có thể thay thế cho hình ảnh vật lý của bề mặt mẫu.

BỘ PHẬN ÁP ĐIỆN

_Là trung tâm vận hành của STM.Giúp mũi dò di chuyển tinh tế hơn

_có 2 loại áp điện:

tube

tripod

CHẤT ÁP ĐIỆN HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?

+ + +

d

V=+

V=0

V= -

L+DL

L-DL

L

- - -

_Chất áp điện giãn nở dọc theo trục của nó khi điện thế đặt vào cùng chiều phân cực của chất áp điện (V +). Khi đó chất áp điện co lại theo phương vuông góc với trục.

_Ngược lại chất áp điện sẽ co lại dọc theo trục của nó khi điện thế đặt vào ngược chiều phân cưc của chất áp điện (V -). Khi đó chất áp điện giãn nở theo phương vuông góc với trục.

Là bộ phận điều khiển định vị vị trí mũi dò ( áp điện X và Y có thể dãn nở khi đặt vào nó 1 hiệu điện thế) khi nó di chuyển rất sát vật mẫu và quét trên mặt phẳng XY song song với bề mặt mẫu.

Mạch hồi tiếp để giữ cho dòng chui ngầm không đổi,bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa mũi dò và mẫu( trục z),khoảng cách này được điều khiển bằng 1tinh thể áp điện (áp điện z)có thể dãn nở khi đặt vào nó 1 hiệu điện thế.

BỘ ĐIỀU KHIỂN QUÉT XY BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP

CÁC KIỂU QUÉT

KIỂU QUÉT CHIỀU CAO KHÔNG ĐỔI

KIỂU QUÉT DÒNG CHUI NGẦM KHÔNG ĐỔI

Kiểu quét chiều cao không đổi Tốc độ nhanh hơn vì không điều chỉnh trục z nhưng chỉ giới hạn ở mẫu có bề mặt phẳng

Kiểu quét dòng không đổi: Quét chậm vì bộ phận hồi tiếp phải điều chỉnh khoảng cách giữa đầu dò và mẫu

BỘ PHẬN CHỐNG RUNG

ỨNG DỤNG

Hình ảnh cấu trúc bề mặt Si (111) khi sử dung STM năm 1982

Hình ảnh (35nm × 35nm)1 tạp chất Cr thế chỗ trên bề mặt của Fe(001)

Cấu trúc bề mặt mẫu Fe

Cấu trúc bề mặt mẫu Au

ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ NANO (KHẮC HÌNH STM)

Qúa trình dịch chuyển cần 3 bước: -Để vị trí mũi dò trên đỉnh của 1 nguyên tử bị hấp thụ muốn di chuyển ,sau đó dần dần tăng dòng chui ngầm -> mũi dò chuyển hướng đến nguyên tử bị hấp thu, 1 liên kết riêng được hình thành. -Di chuyển mũi dò qua 1 bên để kéo nguyên tử bị hấp thu đến 1 vị trí mong muốn _Giảm dần dòng chui ngầm -> mũi dò rời khỏi nguyên tử bị hấp thu và để nó lại vị trí mới

Nguyên tử xenon Trên bề mặt niken

_STM phải được thực hiện trong chân không cao.

NHƯỢC ĐIỂM CỦA STM ƯU ĐIỂM CỦA STM

_STM là một kỹ thuật ghi ảnh hình thái học và cấu trúc (cấu trúc vật lý, cấu trúc điện từ...) bề mặt với độ phân giải rất cao và cho ảnh chất lượng cao.

_Mẫu sử dụng trong STM phải là mẫu dẫn điện( kim loại và chất bán dẫn)

_STM không đòi hỏi việc phá hủy mẫu như kính hiển vi điện tử truyền qua (thiết bị chụp ảnh với độ phân giải tương đương).

_Bề mặt mẫu siêu sạch và việc chống rung là một đòi hỏi lớn.

_STM còn cho phép tạo ra các phép thao tác trên bề mặt cho quá trình chế tạo.

_Tốc độ ghi ảnh trong STM thấp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO  Theory of the scanning tunneling microscope ( J.Tersoff and D.R.Hamann)  Introduction to scanning tunneling microscopy ( C.Julian Chen)  Construction of an air-operated scanning tunneling microscope (Chinese journal

of physics)

 en.wikipedia.org/wiki/Scanning_tunneling_microscope - 73k –  physics.nist.gov/GenInt/STM/stm.html - 5k –  nobelprize.org/educational_games/physics/microscopes/.../index.html - 21k –  inventors.about.com/library/inventors/blstm.htm - 24k  www.mcallister.com/stmpg.html - 13k -