第二章-电子材料的分析与表征.ppt

量子隧穿效应属于量子力学的研究领域，量子力学研究在量子尺度所发生的事件。设想一个运动中的粒子遭遇到一个位势垒，试图从位势垒的一边（区域A）移动到另一边（区域C），这可以被类比为一个圆球试图滚动过一座小山。量子力学与经典力学对于这问题给出不同的解答。经典力学预测，假若粒子所具有的能量低于位势垒的位势，则这粒子绝对无法从区域A移动到区域C。量子力学不同地预测，这粒子可以概率性地从区域A穿越到区域C。**中国科学院化学研究所的科技人员利用自制的扫描隧道显微镜，在石墨表面上刻蚀出来的图象。图上中国字样，中国科学院的英文缩写字CAS和中国地图以及奥运会五环旗图案都十分清晰逼真。图形的线宽实际上只有10nm。这些事实已经表明，在这一领域中中国已率先跨入21世纪的门槛。

48个铁原子在铜表面排列成直径为14.2纳米的圆形量子栅栏用STM的针尖将铁原子一个个地排列成汉字，汉字的大小只有几个纳米2.5扫描探针技术*2.5扫描探针技术*STM的优缺点?特点：高分辨率，能够获得表面三维图像，可工作在大气、真空、溶液环境下，工作温度可以改变，它的出现使人类第一次能够在三维实空间下观察单个原子在物质表面的排列状态和表面电子行为有关的物理及化学性质；STM不仅可以用来观察原子分子，还可以在超高真空超低温环境下进行原子操纵。???????局限：首先，它不能工作在绝缘表面。其次，现今对STM的成像理论，尤其对分子的成像理论有不同解释，因其图像反映的是原子或分子的电子结构或者是电子云的密度，所以成像的结果，究竟产生于原子或分子的何种电子轨道，以及分子与基底间相互作用对成像的影响等，其细节尚有待于进一步揭示。2.5扫描探针技术*2.5扫描探针技术*STM工作时要测量针尖和样品之间隧道电流的变化，因此只能用于导体与半导体研究。3.原子力显技术AFMAtomicForceMicroscopy1986，IBM，葛·宾尼（G.Binnig）发明了原子力显微镜(AtomicForceMicroscope,AFM)——新一代表面观测仪器．AFM不仅可以达到在原子水平测量各种表面的形貌，而且还能进行表面弹性、塑性、硬度、摩擦力等性质的研究。是一种重要的扫描技术。2.5扫描探针技术*原子力显微镜AFM跟所有的扫描探针显微镜一样，AFM使用一个极细的探针在样品表面进行扫描，探针是位于一悬臂的末端顶部，该悬臂可对针尖和样品间的作用力作出反应。扫描时控制作用力的恒定，针尖将在表面上方等位面起伏移动，利用光学检测悬臂对应于各位置的变化，获得样品表面形貌。2.5扫描探针技术*samplescannercantileverphotodetectorlaserdiode微悬臂激光二极管光电检测器2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM**针尖的作用力的种类有：界面的毛细力原子间的范德华力化学键针尖的特性与相应的针尖-样品间相互作用不同，弥补了STM只能直接观察导体和半导体的不足，可以极高的分辨率研究绝缘体的表面，而且对环境的要求低。2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM基本原理原子间的作用力吸引部分排斥部分Fpaird原子原子排斥力原子原子吸引力2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM*2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM基本原理*信号反馈模式2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM*微悬臂位移量的检测方式2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM*接触模式(contactmode)非接触模式(non-contactmode)轻敲模式(tapping/intermittentcontactmode)vanderWaalsforcecurve工作模式2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM*针尖始终向样品接触并简单地在表面上移动，针尖—样品间的相互作用力是互相接触原于的电子间存在的库仑排斥力，其大小通常为10－8—10－11N。vanderWaalsforcecurve工作模式-接触模式d＜０.０３nm2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM*优点：可产生稳定、高分辨图像。缺点：可能使样品产生相当大的变形，对柔软的样品造成破坏，以及破坏探针，严重影响AFM成像质量。工作模式-接触模式2.5扫描探针技术原子力显微镜AFM*相互作用力是范德华吸引力，远小于排斥力.vanderWaalsfo