Cyflwyniad i Ficrosgopeg Sganio Twnelu Electron
Rhagymadrodd
Mae'r microsgop electron trawsyrru yn ddefnyddiol iawn wrth arsylwi strwythur cyffredinol y sylwedd, ond mae'n anoddach yn y dadansoddiad o'r strwythur wyneb, oherwydd bod y microsgop electron trawsyrru yn cael gwybodaeth trwy'r trydan ynni uchel trwy'r sampl, gan adlewyrchu'r sylwedd sampl . gwybodaeth fewnol. Er y gall sganio microsgopeg electron (SEM) ddatgelu rhai amodau arwyneb, gan fod gan yr electronau digwyddiad bob amser egni penodol a byddant yn treiddio i'r sampl, mae'r "wyneb" fel y'i gelwir bob amser ar ddyfnder penodol, ac mae'r gyfradd hollti hefyd yr effeithir arnynt yn fawr. terfyn. Er y gellir defnyddio Microsgop Electron Allyriad Maes (FEM) a Microsgop Ion Maes (FIM) yn dda ar gyfer ymchwil arwyneb, rhaid paratoi'r sampl yn arbennig a dim ond ar flaen nodwydd tenau iawn y gellir ei roi, a rhaid i'r sampl hefyd allu gwrthsefyll meysydd trydan dwysedd uchel, fel ei fod yn cyfyngu ar ei gwmpas cais.
Mae Microsgop Electron Twnelu Sganio (STM) yn gweithio ar egwyddor hollol wahanol, nid yw'n cael gwybodaeth am sylwedd y sampl trwy weithredu ar y sampl gyda pelydr electron (fel microsgopau electron trawsyrru a sganio), ac nid yw'n defnyddio microsgopau electronau uchel. maes trydan i wneud i'r electronau yn y sampl ennill mwy na dod allan Gellir defnyddio delweddu cerrynt allyriad (fel microsgop electron allyrru maes) a ffurfiwyd gan egni gwaith i astudio'r deunydd sampl. Fe'i delweddir trwy ganfod cerrynt y twnnel ar wyneb y sampl, er mwyn astudio wyneb y sampl.
egwyddor
Mae sganio microsgop twnelu yn fath newydd o ddyfais microsgopig i wahaniaethu morffoleg wyneb solidau trwy ganfod cerrynt twnelu electronau mewn atomau ar yr wyneb solet yn unol ag egwyddor effaith twnelu mewn mecaneg cwantwm.
Oherwydd effaith twnelu electronau, nid yw'r electronau yn y metel wedi'u cyfyngu'n llwyr o fewn ffin yr arwyneb, hynny yw, nid yw dwysedd yr electronau yn gostwng yn sydyn i sero ar ffin yr wyneb, ond mae'n dadfeilio'n esbonyddol y tu allan i'r wyneb; mae hyd y pydredd tua 1nm, sef Mesur o'r rhwystr arwyneb i electronau ddianc. Os yw dau fetel yn agos iawn at ei gilydd, gall eu cymylau electronau orgyffwrdd; os rhoddir foltedd bach rhwng y ddau fetel, gellir gweld cerrynt trydan (a elwir yn gerrynt twnelu) rhyngddynt.
Ffordd o weithio
Er bod y ffurfweddiadau sganio microsgopau electron twnelu yn wahanol, maent i gyd yn cynnwys y tair prif ran a ganlyn: system fecanyddol (corff drych) sy'n gyrru'r stiliwr i wneud symudiadau tri dimensiwn o gymharu ag arwyneb y sampl dargludol, ac fe'i defnyddir i rheoli a monitro'r stiliwr. Y system electronig ar gyfer y pellter o'r sampl a'r system arddangos ar gyfer trosi'r data mesuredig yn ddelweddau. Mae ganddo ddau ddull gweithio: modd cyfredol cyson a modd uchel cyson.
Modd cerrynt cyson
Mae'r cerrynt twnelu yn cael ei reoli a'i gadw'n gyson gan gylched adborth electronig. Yna mae'r system gyfrifiadurol yn rheoli blaen y nodwydd i'w sganio ar wyneb y sampl, hynny yw gwneud i flaen y nodwydd symud yn ddau ddimensiwn ar hyd y cyfarwyddiadau x ac y. Gan fod angen rheoli cerrynt y twnnel i fod yn gyson, bydd yr uchder lleol rhwng blaen y nodwydd a'r wyneb sampl hefyd yn aros yn gyson, felly bydd blaen y nodwydd yn perfformio'r un pethau i fyny ac i lawr ag i fyny ac i lawr arwyneb y sampl, a bydd y wybodaeth uchder yn cael ei hadlewyrchu yn unol â hynny. dod allan. Hynny yw, mae'r microsgop electron twnelu sganio yn cael gwybodaeth tri dimensiwn yr arwyneb sampl. Mae'r dull gweithio hwn yn cael gwybodaeth ddelwedd gynhwysfawr, delweddau microsgopig o ansawdd uchel, ac fe'i defnyddir yn helaeth.
Modd uchder cyson
Cadwch uchder absoliwt blaen y nodwydd yn gyson yn ystod proses sganio'r sampl; yna bydd y pellter lleol rhwng blaen y nodwydd a'r wyneb sampl yn newid, a bydd maint cerrynt y twnnel hefyd yn newid yn unol â hynny; mae newid cerrynt y twnnel I yn cael ei gofnodi gan y cyfrifiadur a'i drawsnewid yn Mae'r signal delwedd yn cael ei arddangos, hynny yw, ceir micrograff microsgop electron twnelu sganio. Dim ond ar gyfer samplau ag arwynebau cymharol wastad a chydrannau sengl y mae'r ffordd hon o weithio yn addas.
cais
Egwyddor y microsgop twnelu yw defnyddio'r effaith twnelu ffisegol a'r cerrynt twnelu yn glyfar. Mae yna nifer fawr o electronau "rhydd" yn y corff metel, ac mae dosbarthiad ynni'r electronau "rhydd" hyn yn y corff metel wedi'i grynhoi ger lefel Fermi, ac mae rhwystr posibl gydag ynni yn uwch na lefel Fermi ar y ffin fetel. Felly, o safbwynt ffiseg glasurol, mae electronau "rhydd" mewn metel, dim ond yr electronau hynny y mae eu hegni yn uwch na'r rhwystr terfyn, yn gallu dianc o'r tu mewn i'r metel i'r tu allan. Fodd bynnag, yn ôl egwyddorion mecaneg cwantwm, mae gan electronau rhydd mewn metelau briodweddau tonnau hefyd, a phan fydd y don electron hon yn ymledu i'r ffin fetel ac yn dod ar draws rhwystr arwyneb, bydd rhan ohono'n cael ei drosglwyddo. Hynny yw, gall rhai electronau ag ynni yn is na'r rhwystr potensial arwyneb dreiddio i'r rhwystr potensial arwyneb metel a ffurfio "cwmwl electron" ar yr wyneb metel. Gelwir yr effaith hon yn dwnelu. Felly, pan fydd dau fetel yn agos (llai nag ychydig o nanometrau), bydd cymylau electronau'r ddau fetel yn treiddio i'w gilydd. Pan fydd foltedd priodol yn cael ei gymhwyso, hyd yn oed os nad yw'r ddau fetel mewn gwirionedd mewn cysylltiad, bydd cerrynt yn llifo o un metel i'r llall. Gelwir y cerrynt hwn yn gerrynt twnnel.
Mae cerrynt twnnel a gwrthiant twnnel yn sensitif iawn i newidiadau yn y bwlch twnnel. Gall hyd yn oed newid o 0.01nm yn y bwlch twnnel achosi newidiadau sylweddol yng ngherrynt y twnnel.
Os defnyddir stiliwr miniog iawn (fel nodwydd twngsten) i sganio yn gyfochrog â'r wyneb yn y cyfarwyddiadau x ac y ar uchder ychydig o ddegau o nanometrau i ffwrdd o arwyneb llyfn y sampl, gan fod gan bob atom faint penodol, y Bydd bwlch y twnnel canol yn amrywio gydag x ac y, a bydd cerrynt y twnnel sy'n llifo trwy'r stiliwr hefyd yn wahanol. Gall hyd yn oed amrywiadau uchder o ychydig gannoedd o nanomedr gael eu hadlewyrchu mewn cerrynt twnelu. Defnyddir recordydd wedi'i gydamseru â'r chwiliwr sganio i gofnodi'r newidiadau yn y cerrynt twnelu, a gellir cael delwedd microsgop electron twnelu sganio â chydraniad o ychydig gannoedd o nanometrau.
