Z-Модуляция

При получении СТМ изображения поверхности в режиме постоянного туннельного тока, вариации работы выхода, вообще говоря, могут приводить к искажениям картины. Эти искажения, правда, малы и составляют единицы ангстрем при изменении V в разумных пределах (2÷5 эВ), но и их можно учесть, измерив в томже самом эксперименте зависимость φ(X,Y). Для этого расстояние острие — образец надо промодулировать на малую величину δ и измерить переменную компоненту туннельного тока, амплитуда которой:

(7)

Таким образом, возможно измерять не только топографию, но и разделять области разного состава, различающиеся значениями работы выхода.

Факторы, влияющие на качество изображения СТМ

Сканирующий зондовый микроскоп дает изображение поверхности, увеличенное во всех трех измерениях: х, у и z, максимальная разрешающая способность для каждой из осей определяется различными факторами.

Разрешение по оси z ограничивается, во-первых, чувствительностью сенсора, и, во-вторых, амплитудой вибраций зонда относительно поверхности образца. Конструкция микроскопа должна обеспечивать уменьшение амплитуды этих вибрации до долей ангстрема.

Разрешение СТМ по нормали к поверхности образца для атомно-чистых поверхностей достигает в благоприятных случаях сотых долей ангстрема. Благодаря крутой зависимости I(Z) электронные шумы аппаратуры, дробовой шум туннельного тока и т.п. слабо влияют на результаты. Однако для «грязных» поверхностей шум по координате Z резко возрастает, доходя до долей микрометра.

Максимальное разрешение в плоскости х-у определяется, прежде всего, точностью позиционирования зонда. Важное значение имеет геометрия острия зонда. При сканировании предельно плоских (атомно-плоских) поверхностей разрешение лимитируется диаметром атома на самом конце иглы (так называемый эффект последнего атома, Рис. 6). Таким образом, для оценки предельного разрешения можно принять, что туннелирование (до 90% тока) происходит с единственного атома. Макроскопическая геометрия зонда не является определяющей для атомного разрешения.

Рис. 6. Схематическое изображение взаимодействия кончика иглы с образцом

При выявлении сравнительно больших геометрических деталей качество изображений определяется геометрией острия. Критическими являются следующие параметры: радиус закругления конца иглы r и отношение аспекта А_г = L/W (отношение высоты зонда к диаметру основания) (Рис. 7).

Направление сканирования

Рис. 7. Искажение изображения профиля поверхности вследствие конечной величины отношения аспекта и радиуса закругления острия