sem掃描隧道

1、掃描掃描隧道電子顯微鏡隧道顯微鏡工作原理是怎樣的

掃描隧道電子顯微鏡(scanning tunneling microscope，STM)是一種利用量子理論中的隧道效應探測物質表面結構的儀器,利用電子在原子間的量子隧穿效應，將物質表面原子的排列狀態轉換為圖像信息的。在量子隧穿效應中，原子間距離與隧穿電流關系相應。通過移動著的探針與物質表面的相互作用，表面與針尖間的隧穿電流反饋出表面某個原子間電子的躍遷，由此可以確定出物質表面的單一原子及它們的排列狀態。
這是從百科上看的，具體的量子隧道效應（量子隧道效應是基本的量子現象之一，即當微觀粒子的總能量小於勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。如圖，縱坐標為能量的多少。按經典理論，粒子為脫離此能量的勢壘，必須從勢壘的頂部越過。但由於量子力學中的量子不確定性，時間和能量為一組共軛量。在很短的時間中（即時間很確定），能量可以很不確定，從而使一個粒子看起來像是從「隧道」中穿過了勢壘。在諸如能級的切換，兩個粒子相撞或分離的過程（如在太陽中發生的僅約1000萬攝氏度的「短核聚變」）中，量子隧道效應經常發生。）
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2、掃描電子顯微鏡。掃描隧道顯微鏡。透射電子顯微鏡。相差顯微鏡。 它們的原理 主要區別 應用 是什麼？

掃描電子顯微鏡（SEM）是1965年發明的較現代的細胞生物學研究工具，主要是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態，即用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的相互作用產生各種效應，其中主要是樣品的二次電子發射。
二次電子能夠產生樣品表面放大的形貌像，這個像是在樣品被掃描時按時序建立起來的，即使用逐點成像的方法獲得放大像。

掃描隧道顯微鏡
掃描隧道顯微鏡亦稱為「掃描穿隧式顯微鏡」、「隧道掃描顯微鏡」，是一種利用量子理論中的隧道效應探測物質表面結構的儀器。它於1981年由格爾德·賓寧（G．Binnig）及海因里希·羅雷爾（H．Rohrer）在IBM位於瑞士蘇黎世的蘇黎世實驗室發明，兩位發明者因此與恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學獎。

透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,簡稱TEM),可以看到在光學顯微鏡下無法看清的小於0.2um的細微結構，這些結構稱為亞顯微結構或超微結構。要想看清這些結構，就必須選擇波長更短的光源，以提高顯微鏡的解析度。1932年Ruska發明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡，電子束的波長要比可見光和紫外光短得多，並且電子束的波長與發射電子束的電壓平方根成反比，也就是說電壓越高波長越短。目前TEM的分辨力可達0.2nm。

相差顯微鏡是荷蘭科學家Zernike於1935年發明的，用於觀察未染色標本的顯微鏡。活細胞和未染色的生物標本，因細胞各部細微結構的折射率和厚度的不同，光波通過時，波長和振幅並不發生變化，僅相位發生變化（振幅差），這種振幅差人眼無法觀察。而相差顯微鏡通過改變這種相位差，並利用光的衍射和干涉現象，把相差變為振幅差來觀察活細胞和未染色的標本。相差顯微鏡和普通顯微鏡的區別是：用環狀光闌代替可變光闌， 用帶相板的物鏡代替普通物鏡，並帶有一個合軸用的望遠鏡。

3、掃描隧道顯微鏡（STM）有幾種成像模式？

STM的主要原理是利用量子力學中的隧道貫穿效應，其核心部件是一個能在樣品表面進行掃 描、與樣品之間保持一定偏壓、其直徑為原子尺度的探針。在通常的低電壓下，分離的針尖與樣品之間（相當於兩個電極）具有很大的阻抗，阻止電流通過，稱為勢 疊。當針尖與樣品非常靠近時，其間的勢疊變得很薄，電子雲相互重迭，在針尖與樣品之間施加一電壓，電子就可以通過隧道效應由針尖轉移到樣品或從樣品轉移到 針尖，形成隧道電流。通過記錄隧道電流的變化就可以獲得樣品表面的微觀信息。STM要求樣品表面與針尖具有導電性。
STM有兩種成像模式：恆流模式和恆高模式。在恆流模式中，STM通過反饋系統不斷調節針尖與樣品表面每個檢測點上的距離，使隧道電流保持一個不變的恆 值，測定掃描頭上針尖與樣品表面的高度變化就可獲得樣品表面形貌等微觀信息。在恆高模式中，針尖始終保持在樣品上方一個恆定的高度上，隧道電流隨著樣品表 面形貌等微觀特性的改變而變化，通過檢測每個測量點上的電流變化來獲得樣品表面微觀信息。在恆高模式中，掃描頭不需要上下移動，從而加快了掃描速度。

4、掃描隧道電子顯微鏡的展望

掃描隧道電子顯微鏡的出現為人類認識和改造微觀世界提供了一個極其重要的回新型工具。隨著實驗技術的答不斷完善,STM 將在單原子操縱和納米技術等諸多研究領域中得到越來越廣泛的應用。STM和 SEM 的結合在納米技術中的應用必將極大地促進納米技術不斷發展。可預言,在未來科學的發展中,STM 和 SEM 的結合將滲透到表面科學、材料科學、生命科學等各個科學技術領域中。

5、什麼是掃描隧道顯微鏡？工作原理是什麼

掃描隧道顯微鏡是根據量子力學中的隧道效應原理，通過探測固體表面原子中電子的隧道電流來分辨固體表面形貌的新型顯微裝置。
根據量子力學原理，由於電子的隧道效應，金屬中的電子並不完全局限於金屬表面之內，電子雲密度並不是在表面邊界處突變為零。在金屬表面以外，電子雲密度呈指數衰減，衰減長度約為1nm。用一個極細的、只有原子線度的金屬針尖作為探針，將它與被研究物質(稱為樣品)的表面作為兩個電極，當樣品表面與針尖非常靠近(距離＜1nm)時，兩者的電子雲略有重疊，如圖1所示。若在兩極間加上電壓u，在電場作用下，電子就會穿過兩個電極之間的勢壘，通過電子雲的狹窄通道流動，從一極流向另一極，形成隧道電流
i
。隧道電流
i
的大小與針尖和樣品間的距離
s
以及樣品表面平均勢壘的高度
有關，其關系為
，式中a為常量。
如果s以
nm為單位，
以ev為單位，則在真空條件下，a
≈1，
。
由此可見，隧道電流
i
對針尖與樣品表面之間的距離
s
極為敏感，如果
s
減小0.1nm，隧道電流就會增加一個數量級。當針尖在樣品表面上方掃描時，即使其表面只有原子尺度的起伏，也將通過其隧道電流顯示出來。藉助於電子儀器和計算機，在屏幕上即顯示出樣品的表面形貌。
一般說來，掃描隧道顯微鏡由掃描隧道顯微鏡主體、控制電路、控制計算機(測量軟體和數據處理軟體)三大部分組成。掃描隧道顯微鏡主體包括針尖的平面掃描機構、樣品與針尖間距控制調節機構及系統與外界振動的隔離裝置。
常用的stm針尖安放在一個可進行三維運動的壓電陶瓷支架上，如圖2所示，lx、ly、lz分別控制針尖在x、y、z方向上的運動。在lx、ly上施加電壓，便可使針尖沿表面掃描；測量隧道電流
i
，並以此反饋控制施加在lz上的電壓vz；再利用計算機的測量軟體和數據處理軟體將得到的信息在屏幕上顯示出來。
stm有兩種工作方式。一種稱為恆電流模式，如圖3所示。利用一套電子反饋線路控制隧道電流
i
，使其保持恆定。再通過計算機系統控制針尖在樣品表面掃描，即是使針尖沿x、y兩個方向作二維運動。由於要控制隧道電流
i
不變，針尖與樣品表面之間的局域高度也會保持不變，因而針尖就會隨著樣品表面的高低起伏而作相同的起伏運動，高度的信息也就由此反映出來。這就是說，stm得到了樣品表面的三維立體信息。這種工作方式獲取圖象信息全面，顯微圖象質量高，應用廣泛。
另一種工作模式是恆高度工作，如圖4所示。在對樣品進行掃描過程中保持針尖的絕對高度不變；於是針尖與樣品表面的局域距離
s
將發生變化，隧道電流i的大小也隨著發生變化；通過計算機記錄隧道電流的變化，並轉換成圖像信號顯示出來，即得到了stm顯微圖像。這種工作方式僅適用於樣品表面較平坦、且組成成分單一(如由同一種原子組成)的情形。
從stm的工作原理可以看到：stm工作的特點是利用針尖掃描樣品表面，通過隧道電流獲取顯微圖像，而不需要光源和透鏡。這正是得名"掃描隧道顯微鏡"的原因。

6、隧道掃描顯微鏡工作原理是什麼?

掃描探針顯微鏡簡介

儀器簡介

掃描探針顯微鏡是指一類通過微小探針在樣品表面掃描，將探針與樣品表面間的相互作用轉換為表面形貌和特性圖像的顯微鏡。它提供了表面的三維高空間分辨的圖像。

掃描探針顯微鏡(SPM)主要包括掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)兩種功能。完整的掃描探針顯微鏡由控制系統和顯微鏡系統組成。

掃描隧道顯微鏡的工作原理是利用電子隧道現象，將樣品本身作為一具電極，另一個電極是一根非常尖銳的探針。把探針移近樣品，並在兩者之間加上電壓，當探針和樣品表面相距只有數十埃時，由於隧道效應在探針與樣品表面之間就會產生隧穿電流，並保持不變。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也將使穿電流發生成千上萬倍的變化。這些信息輸入電子計算機，經過處理即可在熒光屏上顯示出一幅物體的三維圖像。掃描隧道顯微鏡一般用於導體和半導體表面的測定。

原子力顯微鏡主要包括接觸模式、非接觸模式和輕敲模式。一個對力非常敏感的微懸臂，其尖端有一個微小的探針，當探針輕微地接觸、接近或輕敲樣品表面時，由於探針尖端的原子與樣品表面的原子之間產生極其微弱的相互作用力而使微懸臂彎曲，將微懸臂彎曲的形變信號轉換成光電信號並進行放大，就可以得到原子之間力的微弱變化的信號。這些信息輸入電子計算機，經過處理即可在熒光屏上顯示出一幅物體的三維圖像。

Multimode NS3a具有掃描隧道顯微鏡模式，接觸模式AFM，非接觸模式AFM，輕敲模式AFM,相位成像模式AFM。

7、掃描隧道顯微鏡工作原理是怎樣的？

掃描隧道顯微鏡的工作原理：

就如同一根唱針掃過一張唱片，一根探針慢慢地通過要被分析的材料（針尖極為尖銳，僅僅由一個原子組成）。一個小小的電荷被放置在探針上，一股電流從探針流出，通過整個材料，到底層表面。

當探針通過單個的原子，流過探針的電流量便有所不同，這些變化被記錄下來。電流在流過一個原子的時候有漲有落，如此便極其細致地探出它的輪廓。在許多的流通後，通過繪出電流量的波動，人們可以得到組成一個網格結構的單個原子的美麗圖片。

掃描隧道顯微鏡 Scanning Tunneling Microscope 縮寫為STM。它作為一種掃描探針顯微術工具，掃描隧道顯微鏡可以讓科學家觀察和定位單個原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的解析度。

此外，掃描隧道顯微鏡在低溫下（4K）可以利用探針尖端精確操縱原子，因此它在納米科技既是重要的測量工具又是加工工具。

(7)sem掃描隧道擴展資料：

應用：

隧道顯微鏡的原理是巧妙地利用了物理學上的隧道效應及隧道電流。金屬體內存在大量"自由"電子，這些"自由"電子在金屬體內的能量分布集中於費米能級附近，而在金屬邊界上則存在一個能量比費米能級高的勢壘。

因此，從經典物理學來看，在金屬內的"自由"電子，只有能量高於邊界勢壘的那些電子才有可能從金屬內部逸出到外部。但根據量子力學原理，金屬中的自由電子還具有波動性，這種電子波在向金屬邊界傳播而遇到表面勢壘時，會有一部分透射。

也就是說，會有部分能量低於表面勢壘的電子能夠穿透金屬表面勢壘，形成金屬表面上的"電子雲"。這種效應稱為隧道效應。

所以，當兩種金屬靠得很近時(幾納米以下)，兩種金屬的電子雲將互相滲透。當加上適當的電壓時，即使兩種金屬並未真正接觸，也會有電流由一種金屬流向另一種金屬，這種電流稱為隧道電流。

8、掃描隧道電子顯微鏡的背景

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9、掃描隧道電子顯微鏡的發展

它於1981年由格爾德·賓寧 (Gerd K.Binnig)及亨利希·羅勒(Heinrich Rohrer)在IBM位於瑞士蘇黎世的蘇黎世實驗室發明，兩位發明者因此與厄恩斯特·魯什卡分享了1986年諾貝爾物理學獎。作為一種掃描探針顯微術工具，掃描隧道顯微鏡可以讓科學家觀察和定位單個 原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的解析度。此外掃描隧道顯微頜在低溫下可以利用探針尖端精確操縱原子，因此它在納米科技既是重要的測量工具又是加工工具。