sem扫描隧道

1、扫描扫描隧道电子显微镜隧道显微镜工作原理是怎样的

扫描隧道电子显微镜(scanning tunneling microscope，STM)是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器,利用电子在原子间的量子隧穿效应，将物质表面原子的排列状态转换为图像信息的。在量子隧穿效应中，原子间距离与隧穿电流关系相应。通过移动着的探针与物质表面的相互作用，表面与针尖间的隧穿电流反馈出表面某个原子间电子的跃迁，由此可以确定出物质表面的单一原子及它们的排列状态。
这是从百科上看的，具体的量子隧道效应（量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。如图，纵坐标为能量的多少。按经典理论，粒子为脱离此能量的势垒，必须从势垒的顶部越过。但由于量子力学中的量子不确定性，时间和能量为一组共轭量。在很短的时间中（即时间很确定），能量可以很不确定，从而使一个粒子看起来像是从“隧道”中穿过了势垒。在诸如能级的切换，两个粒子相撞或分离的过程（如在太阳中发生的仅约1000万摄氏度的“短核聚变”）中，量子隧道效应经常发生。）
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2、扫描电子显微镜。扫描隧道显微镜。透射电子显微镜。相差显微镜。 它们的原理 主要区别 应用 是什么？

扫描电子显微镜（SEM）是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。
二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。

扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜亦称为“扫描穿隧式显微镜”、“隧道扫描显微镜”，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁（G．Binnig）及海因里希·罗雷尔（H．Rohrer）在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。

透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM),可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。

相差显微镜是荷兰科学家Zernike于1935年发明的，用于观察未染色标本的显微镜。活细胞和未染色的生物标本，因细胞各部细微结构的折射率和厚度的不同，光波通过时，波长和振幅并不发生变化，仅相位发生变化（振幅差），这种振幅差人眼无法观察。而相差显微镜通过改变这种相位差，并利用光的衍射和干涉现象，把相差变为振幅差来观察活细胞和未染色的标本。相差显微镜和普通显微镜的区别是：用环状光阑代替可变光阑， 用带相板的物镜代替普通物镜，并带有一个合轴用的望远镜。

3、扫描隧道显微镜（STM）有几种成像模式？

STM的主要原理是利用量子力学中的隧道贯穿效应，其核心部件是一个能在样品表面进行扫 描、与样品之间保持一定偏压、其直径为原子尺度的探针。在通常的低电压下，分离的针尖与样品之间（相当于两个电极）具有很大的阻抗，阻止电流通过，称为势 叠。当针尖与样品非常靠近时，其间的势叠变得很薄，电子云相互重迭，在针尖与样品之间施加一电压，电子就可以通过隧道效应由针尖转移到样品或从样品转移到 针尖，形成隧道电流。通过记录隧道电流的变化就可以获得样品表面的微观信息。STM要求样品表面与针尖具有导电性。
STM有两种成像模式：恒流模式和恒高模式。在恒流模式中，STM通过反馈系统不断调节针尖与样品表面每个检测点上的距离，使隧道电流保持一个不变的恒 值，测定扫描头上针尖与样品表面的高度变化就可获得样品表面形貌等微观信息。在恒高模式中，针尖始终保持在样品上方一个恒定的高度上，隧道电流随着样品表 面形貌等微观特性的改变而变化，通过检测每个测量点上的电流变化来获得样品表面微观信息。在恒高模式中，扫描头不需要上下移动，从而加快了扫描速度。

4、扫描隧道电子显微镜的展望

扫描隧道电子显微镜的出现为人类认识和改造微观世界提供了一个极其重要的回新型工具。随着实验技术的答不断完善,STM 将在单原子操纵和纳米技术等诸多研究领域中得到越来越广泛的应用。STM和 SEM 的结合在纳米技术中的应用必将极大地促进纳米技术不断发展。可预言,在未来科学的发展中,STM 和 SEM 的结合将渗透到表面科学、材料科学、生命科学等各个科学技术领域中。

5、什么是扫描隧道显微镜？工作原理是什么

扫描隧道显微镜是根据量子力学中的隧道效应原理，通过探测固体表面原子中电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。
根据量子力学原理，由于电子的隧道效应，金属中的电子并不完全局限于金属表面之内，电子云密度并不是在表面边界处突变为零。在金属表面以外，电子云密度呈指数衰减，衰减长度约为1nm。用一个极细的、只有原子线度的金属针尖作为探针，将它与被研究物质(称为样品)的表面作为两个电极，当样品表面与针尖非常靠近(距离＜1nm)时，两者的电子云略有重叠，如图1所示。若在两极间加上电压u，在电场作用下，电子就会穿过两个电极之间的势垒，通过电子云的狭窄通道流动，从一极流向另一极，形成隧道电流
i
。隧道电流
i
的大小与针尖和样品间的距离
s
以及样品表面平均势垒的高度
有关，其关系为
，式中a为常量。
如果s以
nm为单位，
以ev为单位，则在真空条件下，a
≈1，
。
由此可见，隧道电流
i
对针尖与样品表面之间的距离
s
极为敏感，如果
s
减小0.1nm，隧道电流就会增加一个数量级。当针尖在样品表面上方扫描时，即使其表面只有原子尺度的起伏，也将通过其隧道电流显示出来。借助于电子仪器和计算机，在屏幕上即显示出样品的表面形貌。
一般说来，扫描隧道显微镜由扫描隧道显微镜主体、控制电路、控制计算机(测量软件和数据处理软件)三大部分组成。扫描隧道显微镜主体包括针尖的平面扫描机构、样品与针尖间距控制调节机构及系统与外界振动的隔离装置。
常用的stm针尖安放在一个可进行三维运动的压电陶瓷支架上，如图2所示，lx、ly、lz分别控制针尖在x、y、z方向上的运动。在lx、ly上施加电压，便可使针尖沿表面扫描；测量隧道电流
i
，并以此反馈控制施加在lz上的电压vz；再利用计算机的测量软件和数据处理软件将得到的信息在屏幕上显示出来。
stm有两种工作方式。一种称为恒电流模式，如图3所示。利用一套电子反馈线路控制隧道电流
i
，使其保持恒定。再通过计算机系统控制针尖在样品表面扫描，即是使针尖沿x、y两个方向作二维运动。由于要控制隧道电流
i
不变，针尖与样品表面之间的局域高度也会保持不变，因而针尖就会随着样品表面的高低起伏而作相同的起伏运动，高度的信息也就由此反映出来。这就是说，stm得到了样品表面的三维立体信息。这种工作方式获取图象信息全面，显微图象质量高，应用广泛。
另一种工作模式是恒高度工作，如图4所示。在对样品进行扫描过程中保持针尖的绝对高度不变；于是针尖与样品表面的局域距离
s
将发生变化，隧道电流i的大小也随着发生变化；通过计算机记录隧道电流的变化，并转换成图像信号显示出来，即得到了stm显微图像。这种工作方式仅适用于样品表面较平坦、且组成成分单一(如由同一种原子组成)的情形。
从stm的工作原理可以看到：stm工作的特点是利用针尖扫描样品表面，通过隧道电流获取显微图像，而不需要光源和透镜。这正是得名"扫描隧道显微镜"的原因。

6、隧道扫描显微镜工作原理是什么?

扫描探针显微镜简介

仪器简介

扫描探针显微镜是指一类通过微小探针在样品表面扫描，将探针与样品表面间的相互作用转换为表面形貌和特性图像的显微镜。它提供了表面的三维高空间分辨的图像。

扫描探针显微镜(SPM)主要包括扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)两种功能。完整的扫描探针显微镜由控制系统和显微镜系统组成。

扫描隧道显微镜的工作原理是利用电子隧道现象，将样品本身作为一具电极，另一个电极是一根非常尖锐的探针。把探针移近样品，并在两者之间加上电压，当探针和样品表面相距只有数十埃时，由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流，并保持不变。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也将使穿电流发生成千上万倍的变化。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。扫描隧道显微镜一般用于导体和半导体表面的测定。

原子力显微镜主要包括接触模式、非接触模式和轻敲模式。一个对力非常敏感的微悬臂，其尖端有一个微小的探针，当探针轻微地接触、接近或轻敲样品表面时，由于探针尖端的原子与样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作用力而使微悬臂弯曲，将微悬臂弯曲的形变信号转换成光电信号并进行放大，就可以得到原子之间力的微弱变化的信号。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。

Multimode NS3a具有扫描隧道显微镜模式，接触模式AFM，非接触模式AFM，轻敲模式AFM,相位成像模式AFM。

7、扫描隧道显微镜工作原理是怎样的？

扫描隧道显微镜的工作原理：

就如同一根唱针扫过一张唱片，一根探针慢慢地通过要被分析的材料（针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成）。一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面。

当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来。电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓。在许多的流通后，通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片。

扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscope 缩写为STM。它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。

此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。

(7)sem扫描隧道扩展资料：

应用：

隧道显微镜的原理是巧妙地利用了物理学上的隧道效应及隧道电流。金属体内存在大量"自由"电子，这些"自由"电子在金属体内的能量分布集中于费米能级附近，而在金属边界上则存在一个能量比费米能级高的势垒。

因此，从经典物理学来看，在金属内的"自由"电子，只有能量高于边界势垒的那些电子才有可能从金属内部逸出到外部。但根据量子力学原理，金属中的自由电子还具有波动性，这种电子波在向金属边界传播而遇到表面势垒时，会有一部分透射。

也就是说，会有部分能量低于表面势垒的电子能够穿透金属表面势垒，形成金属表面上的"电子云"。这种效应称为隧道效应。

所以，当两种金属靠得很近时(几纳米以下)，两种金属的电子云将互相渗透。当加上适当的电压时，即使两种金属并未真正接触，也会有电流由一种金属流向另一种金属，这种电流称为隧道电流。

8、扫描隧道电子显微镜的背景

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9、扫描隧道电子显微镜的发展

它于1981年由格尔德·宾宁 (Gerd K.Binnig)及亨利希·罗勒(Heinrich Rohrer)在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与厄恩斯特·鲁什卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个 原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显微颌在低温下可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。