扫描探针显微术入门（4）

2024-04-12 17:51:48

本文主要内容来源于V. L. Mironov 的“Fundamentals of scanning probe microscopy”。根据个人对SPM的理解略有改编。

利用STM测量材料表面的局域功函数

当材料表面各处的成分不同时，隧道电流不仅仅是探针样品间距的函数，同时还依赖于样品表面局域的功函数。利用探针样品间距调制法可以获得局域功函数的分布图。这种方法的原理很简单，在光栅扫描的同时，给扫描器z 方向的压电陶瓷施加一个额外的频率为ω的交变电压。

探针样品间距因此也以频率ω在变化。

驱动频率ω应大于反馈系统的响应频率，这样反馈系统就不会去抑制探针样品间距的调制。驱动电压应足够的小，保证探针不能撞到样品，同时还要维持隧道电流在可测范围内。

图 8 局域功函数测量的实验装置

由于探针样品距离被周期调制，隧道电流同样也随驱动频率ω而变化。

由于调制电压非常小，上式可以近似为：

因此，隧道电流的振幅正比于局域功函数的平方根。

测量隧道接触伏安特性

利用STM可以获得隧道接触伏安特性曲线(通常称为VAC 或 I-V 曲线)，这个特性曲线反映了样品局域导电性和局域电子态密度。测量方法如下：

首先获得样品表面的STM图像，在图形中确定下一步进行I-V曲线测量的测量点。将探针移动到测量点的上方，关掉反馈系统，这时探针在样品上方固定，探针样品间距恒定。逐步改变探针样品间的偏置电压，记录下偏置电压与隧道电流的变化关系。

图 9隧道接触伏安特性测量示意图

通常在每一个测量点要重复做多次I-V测量，然后将测量结果取平均值，以此来提高测量数据的信噪比。

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