МГТУ МИРЭА
Факультет Электроника
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
По дисциплине
«Методы анализа и диагностики микро и наноструктур»
Тема «Туннелирование электронов в СТМ, уровни Ферми в игле и образце. Уравнение для туннельного тока.»
Выполнил:
Студент группы ЭН-2-09
Александрова В. Д.
Москва 2013
Туннелирование электронов, энергетическая диаграмма туннельного промежутка в СТМ, уровни Ферми в игле и образце, работа выхода. Зависимость туннельного тока от расстояния и напряжения в туннельном промежутке. Уравнение для туннельного тока.
Принцип работы сканирующих туннельных микроскопов основан на явлении туннелирования электронов через узкий потенциальный барьер между металлическим зондом и проводящим образцом во внешнем электрическом поле.
В сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) зонд подводится к поверхности образца на расстояние в несколько ангстрем.
При этом образуется туннельно-прозрачный потенциальный барьер, величина которого определяется в основном значениями работы выхода электронов из материала зонда и образца.
EF1 и EF2 - уровни Ферми поверхности и иглы, ϕ1и ϕ2 - работы выхода поверхности и иглы, ϕB - эффективная высота барьера, d - эффективная ширина туннельного промежутка, а V - приложенное напряжение. Диаграмма иллюстрирует ситуацию, когда СТМ зондирует незаполненные электронные состояния поверхности
Система очень чувствительна к рельефу поверхности, так как величина тока экспоненциально зависит от расстояния между остриём и образцом. Очень острая игла микроскопа помещается настолько близко к исследуемой поверхности, что волновые функции наиболее близкого атома иглы и атомов поверхности образца перекрываются. Это условие выполняется при величине промежутка игла-образец ~5—10 Å. Если приложить напряжение V между иглой и образцом, то через промежуток потечет туннельный ток. В упрощенной форме плотность туннельного тока j может быть представлена как:
d – эффективная ширина туннельного промежутка, D(V) – отражает плотность электронных состояний, А - константа, а ϕВ ~ эффективная высота барьера туннельного
Экстремально высокое разрешение СТМ по вертикали обусловлено сильной зависимостью туннельного тока от ширины промежутка. Изменение промежутка на Δd = 1Å приводит к изменению тока на порядок величины, или, если ток поддерживается постоянным с точностью 2%, то промежуток остается неизменным с точностью 0,01Å.
Сканируя иглой вдоль поверхности, можно получить картину топографии поверхности. Однако нужно иметь в виду, что СТМ чувствительна не столько к положению атомов, сколько к локальной плотности электронных состояний. Когда потенциал иглы положительный по отношению к образцу, то картина СТМ соответствует картине заполненных состояний. При отрицательном потенциале на игле получают картину незаполненных состояний. Следовательно, максимумы на картине СТМ могут соответствовать и топографическим выпуклостям, и участкам с повышенной плотностью состояний.
Энергетическая диаграмма туннельного контакта иглы СТМ и металлического образца. Φs и Фt - работы выхода поверхности и иглы,S – расстояние между иглой и образцом. Переход электронов из образца(иглы) в иглу(образец) зависит от высоты потенциального барьера, для каждого электрона он имеет свою высоту.
Us < 0: Картина (СТМ изображение) заполненных электронных состояний образца (ток течет с иглы на образец).
Us > 0: Картина свободных (незанятых) электронных состояний образца (ток течет с образца на иглу).
Дата добавления: 2015-07-12; просмотров: 63 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ: 32 УРОК | | | Исходные данные |