Теоретическое исследование поведения туннельного тока в сканирующем зондовом микроскопе с алмазным острием

Abstract

Предложена квантово-механическая модель рабочей зоны алмазного острия сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) в виде набора полубесконечных цепочек сферических потенциальных ям заданной глубины и радиуса. На основании предложенной модели выполнен расчёт туннельного тока в системе «алмазное острие—поверхность» зондового микроскопа. Поскольку топографический режим работы СЗМ, связанный с наномодификацией поверхности, требует наличия существенного взаимодействия зонда с поверхностью образца, при нахождении зависимости туннельного тока от параметров системы «острие—образец» СЗМ использовался непертурбативный подход. На основании исследования полученного выражения для туннельного тока установлена максимальная аппаратная погрешность измерения туннельного тока, при которой возможно наличие атомарного разрешения в режиме СЗМ-топографии.

Запропоновано квантово-механічний модель робочої зони діямантового вістря сканівного зондового мікроскопа (СЗМ) у вигляді набору напівнескінченних ланцюжків сферичних потенціяльних ям заданої глибини та радіюса. На підставі запропонованого моделю виконано розрахунок тунельного струму в системі «діямантове вістря—поверхня» зондового мікроскопа. Оскільки топографічний режим роботи СЗМ, пов’язаний з наномодифікацією поверхні вимагає наявности істотної взаємодії зонда з поверхнею зразка, при знаходженні залежности тунельного струму від параметрів системи «вістря—зразок» СЗМ використовувався непертурбативний підхід. На підставі дослідження одержаного виразу для тунельного струму встановлено максимальну апаратну похибку міряння тунельного струму, за якої можлива наявність атомарної роздільчої здатности в режимі СЗМ-топографії.

Quantum-mechanical model of the working zone of diamond tip of the scanning probe microscope (SPM) is proposed as a set of semi-infinite chains formed by the spherical potential wells with specified depth and radius. Computation of the tunnelling current in the ‘diamond tip—surface’ system of the SPM based on the proposed model is performed. Since the SPM operation mode related to the surface modification requires substantial interaction between the SPM tip and the specimen surface, the non-perturbative approach is used to find the dependence of the tunnelling current on SPM ‘tip—specimen’ system parameters. Study of the obtained expression defined the hardware uncertainty of the instrument measuring of tunnelling current, which still permits atomic resolution for the instrument topographic operation mode.