扫描隧道显微镜(STM)的工作原理和应用

推荐阅读:

原子力显微镜原理 （Atomic Force Microscope, AFM）

扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope, STM)

原理

STM为Zui早发明的扫描探针显微镜，是由Gerd Binnig和Heini Rohrer在1982年所发明，其原理为利用金属探针逼近导电性试片表面时会产生极小的穿隧电流(Tunneling current) ，而且穿隧电流的大小与探针离表面的高度有关(图3-1) ，利用控制一定的穿隧电流量让探针扫描时维持一定的高度，如此扫描器的Z轴就可以描绘出表面高度的变化，再结合XY轴的变化就可以描绘出3D的表面结构。
 

图3-1  STM成像原理[1]
因此Gerd Binnig和Heini Rohrer所发明的技术不但成功的描绘出原子的影像，并于1986年获得诺贝尔物理奖的殊荣。STM所描绘出之影像一般认为是材料表面电子云的分布，而STM之Zui大缺点为试片必须为导电材质因而受限。

应用

图3-2  STM所描绘的原子影像[1]

a.原子影像之取得：如图3-2所示。
b.原子操控技术

图3-3是IBM在苏黎世的研究小组在低温下:利用STM在铜表面将铁原子排列成中文"原子"的图案，成功完成表面原子的单原子操控技术。扫描探针显微镜由于可达到原子级或奈米级的解析力，而且进行测量与加工所需的能量差别不大，因此同一系统几乎可同时进行奈米量测与奈米加工，是未来奈米技术Zui重要的基础关键技术之一。