П. Г. Демидова Кафедра нанотехнологий в электронике Центр коллективного пользования «Диагностика микро- и наноструктур» СКАНИРУЮЩАЯ ТУННЕЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ Методические указания по выполнению лабораторных работ Рекомендовано Научно-методическим советом университета для студентов, обучающихся по направлению Электроника и наноэлектроника Ярославль ЯрГУ 2012 УДК 621.38(072) ББК П03я73 C 42 Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного издания. <...> План 2012 года Рецензент кафедра нанотехнологий в электронике ЯрГУ Составители: С. А. Кривелевич, М. О. Насонова Сканирующая туннельная микроскопия: методиC 42 ческие указания / сост. <...> Предназначены для студентов, обучающихся по направлению 210100.62 Электроника и наноэлектроника (дисциплина «Физические методы диагностики наноструктур», цикл Б3), очной формы обучения. <...> УДК 621.38(072) ББК П03я73 © ЯрГУ, 2012 2 Сканирующая зондовая микроскопия Принципы работы сканирующих зондовых микроскопов Сканирующая туннельная микроскопия – это один из методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). <...> Этим методом можно получать трехмерное изображение поверхности с разрешением вплоть до долей ангстрема. <...> В сканирующих зондовых микроскопах исследование микрорельефа поверхности и ее локальных свойств проводится с помощью специальным образом приготовленных зондов в виде игл. <...> Характерное расстояние между зондом и поверхностью образцов в зондовых микроскопах по порядку величин составляет 0,1–10 нм. <...> В основе работы зондовых микроскопов лежат различные типы взаимодействия зонда с поверхностью. <...> Так, работа туннельного микроскопа основана на явлении протекания туннельного тока между металлической иглой и проводящим образцом; различные типы силового взаимодействия лежат в основе работы атомно-силового, магнитно-силового и электросилового микроскопов. <...> Если существует достаточно резкая и взаимно однозначная зависимость параметра Р от расстояния зонд <...>
Сканирующая_туннельная_микроскопия_методические_указания.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Кафедра нанотехнологий в электронике
Центр коллективного пользования
«Диагностика микро- и наноструктур»
СКАНИРУЮЩАЯ
ТУННЕЛЬНАЯ
МИКРОСКОПИЯ
Методические указания
по выполнению лабораторных работ
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов, обучающихся по направлению
Электроника и наноэлектроника
Ярославль
ЯрГУ
2012
Стр.1
УДК 621.38(072)
ББК П03я73
C 42
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2012 года
Рецензент
кафедра нанотехнологий в электронике ЯрГУ
Составители: С. А. Кривелевич, М. О. Насонова
Сканирующая туннельная микроскопия: методиC
42
ческие указания / сост.: С. А. Кривелевич, М. О. Насонова;
Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова. – Ярославль :
ЯрГУ, 2012. – 40 с.
Предназначены для студентов, обучающихся по направлению
210100.62 Электроника и наноэлектроника
(дисциплина «Физические методы диагностики наноструктур»,
цикл Б3), очной формы обучения.
УДК 621.38(072)
ББК П03я73
© ЯрГУ, 2012
2
Стр.2
5. Эдельман, В. С. Развитие сканирующей туннельной и силовой
микроскопии / В. С. Эдельман // Приборы и техника эксперимента.
– 1991. – № 1. – С. 24–42.
6. Быков, В. А. Сканирующая зондовая микроскопия для науки
и промышленности / В. А. Быков, М. И. Лазарев, С. А. Саунин
// Электроника: наука, технология, бизнес. – 1997. –№ 5. – С. 7–
14.
7. Володин, А. П. Новое в сканирующей микроскопии.
/ А. П. Володин // Приборы и техника эксперимента. – 1998. –
№ 6. – С. 3–42.
8. Неволин, В. К. Основы туннельно-зондовой нанотехнологии:
учеб. пособие / В. К. Неволин. – М.: МГИЭТ (ТУ), 1996. – 91 с.
9. Рыков, С. А. Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых
материалов и наноструктур / С. А. Рыков. – СПб.:
Наука, 2001. – 53 с.
10. Бахтизин, Р. З. Физические основы сканирующей зондовой
микроскопии / Р. З. Бахтизин, Р. Р. Галлямов. – Уфа: БашГУ,
2003. – 82 с.
Оглавление
Сканирующая зондовая микроскопия .............................................. 3
Принципы работы сканирующих зондовых микроскопов .......... 3
Формирование и обработка СЗМ изображений ............................ 5
Вычитание постоянной составляющей ......................................... 7
Вычитание постоянного наклона ................................................... 7
Устранение искажений, связанных с неидеальностью сканера .. 8
Фильтрация СЗМ изображений ...................................................... 9
Медианная фильтрация ................................................................. 10
Усреднение по строкам ................................................................. 10
Фурье–фильтрация СЗМ изображений ........................................ 12
Физические основы работы туннельных микроскопов ................ 13
Одномерная модель протекания туннельного тока .................... 14
Многомерные модели протекания туннельного тока. Получение
СТМ изображения ......................................................................... 16
Режимы постоянного тока и постоянной высоты ...................... 18
Туннельная спектроскопия ........................................................... 19
V-модуляция .................................................................................. 21
38
Стр.38
Z-Модуляция .................................................................................. 21
Методики изготовления СТМ зондов .......................................... 22
Конструкция микроскопа СММ-2000 ............................................ 23
Конструкция головки микроскопа ............................................... 23
Программное обеспечение микроскопа ...................................... 26
Методические указания и порядок выполнения работы .............. 27
Подготовка к сканированию ......................................................... 27
Знакомство и работа с панелью управления микроскопа ......... 31
Начало сканирования .................................................................... 32
Снятие вольтамперной характеристики (ВАХ) туннельного
промежутка .................................................................................... 35
Задание ........................................................................................... 36
Контрольные вопросы ................................................................... 37
Литература ........................................................................................ 37
39
Стр.39