3
Сканирующая микроскопия в измерениях нанообъектов
(пьезокерамических) материалов и позволяют получать значительные
перемещения зонда при относительно небольших управляющих на-
пряжениях.
Важнейшей особенностью всех видов пьезосканеров является их
безынерционность, они обладают высокой чувствительностью и плав-
ностью перемещений, значительным быстродействием, а также обе-
спечивают возможность реверсивных перемещений при сканировании
поверхности.
Следует отметить, что при работе пьезосканеров могут возникать
искажения получаемого изображения из-за таких нежелательных эф-
фектов, как нелинейность механической деформации, гистерезис, пол-
зучесть (крип), температурный дрейф и старение керамики, которые
необходимо принимать во внимание в процессе работы.
Сканирующий туннельный микроскоп.
СТМ был создан в 1982 г.
сотрудниками исследовательского отдела фирмы IBM Г. Биннигом и
Х.
Ререром. Благодаря этому прибору были открыты уникальные воз-
можности научных и прикладных исследований в области нанотехники.
Он явился первым техническим устройством, с помощью которого была
осуществлена наглядная визуализация атомов и стоячих волн де Бройля
на поверхности металла [4, 5]. За создание СТМ Г. Бинниг и Х. Ререр в
1986 г. были удостоены Нобелевской премии по физике.
Принцип работы СТМ заключается в следующем: к поверхности
проводящего образца на характерное межатомное расстояние
z
, состав-
ляющее доли нанометра, подводится очень тонкий металлический зонд
(игла). При приложении между образцом и иглой разности потенциалов
U
~ 0,1…1 В в цепи (рис. 2) появляется ток, обусловленный туннели-
рованием электронов через зазор между ними. Туннельный ток состав-
ляет ~1…10 нА, т.е. имеет величину, которую вполне можно измерить
экспериментально.
Если потенциальный барьер между иглой СТМ и поверхностью об-
разца считать одномерным, то энергетическая диаграмма «туннельного
контакта» зонда и исследуемой поверхности имеет вид, как на рис. 3.
Здесь
A
B
и
A
′
B
— работы выхода для ме-
таллов зонда и исследуемого образца, со-
ответственно, Δ
z
— ширина потенциаль-
ного барьера между зондом и образцом,
U
— напряжение смещения.
При прямом смещении (см. рис. 3)
электроны в результате туннельного эф-
фекта переходят с заполненных уровней
зонда на свободные уровни образца. При
обратном смещении электроны туннели-
Рис. 2.
Принципиальная схе-
ма сканирующего туннельно-
го микроскопа [2]
