扫描隧道显微镜分析原理及方法.ppt

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Scanning Tunneling Microscope
STM
目 录
04.
STM仪器
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01.
概述
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02.
优点与应用
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03.
原理
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05.
局限性与发展
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概述：　　1933年，德国和等人在柏林制成第一台电子显微镜后，几十年来，有许多用于表面结构分析的现代仪器先后问世。如：TEM、SEM、FEM、FIM、LEED、AES等。，国际商业机器公司苏黎世实验室的Gerd Binnig博士和 Heinrich Rohrer博士及其同事共同研制成功了世界上第一台新型的表面分析仪器——STM。它的出现使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重广阔的前景，被国际科学界认为八十年代世界十大科技成就之一。
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具有原子级高分辨率。表面原子结构的研究：表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置等
工作环境范围广。真空、大气、常温。水或其它溶液。因此特别适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价，如对多相催化机理、超导机制、电化学反应过程中电极表面的监测等
可实时地得到在实空间中表面的三维图象。可实时观测性可用与表面扩散等动态过程的研究
配合STS 可以得到有关表面电子结构的信息。表面态的研究：表面电子态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒变化和能隙结构等
优点与应用：
红细胞三维图像
DNA双螺旋结构
细胞膜的表面结构
细胞生长
ＳＴＭ与ＥＭ、ＦＩＭ的各项性能指标比较
分辨率
工作环境
样品环境温度
对样品破坏程度
检测深度
ＳＴＭ
原子级
（垂直０。０１nm）
（横向０。１nm）
实环境、大气、溶液、真空
室温或低温
无
１～２原子层
ＴＥＭ
点分辨（０。３～０。５ｎｍ）
晶格分辨（０。１～０。２ｎｍ）
高真空
室温
小
〈１００ｎｍ
ＳＥＭ
６～１０ｎｍ
高真空
室温
小
１０ｍｍ（１０倍时）
１ｍ（１０００倍时）
ＦＩＭ
原子级
超高真空
３０～８０ｋ
有
原子厚度
扫描隧道显微镜 (1981)

A
tunneling
current
tip
sample
I  e2d
= A  +) 

隧道电流
分辨率
(nm)  eff

10A
A＝3
原理：
STM仪器：
电子反馈系统控制隧道电流
计算机控制针尖扫描
针尖将随样品表面起伏而起伏
得到表面的第三维信息