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Rastertunnel- |
Prinzip
Konventionellen Vergrößerungs- und Abbildungstechniken (Lichtmikroskopie, Elektronenmikroskopie, Feldionenmikroskopie usw.) setzen die zu untersuchende Probe einer Strahlung, einem Teilchenstrom oder einem hohen elektrischen Feld aus. Zur Erhöhung des Auflösungsvermögens werden Materiewellen oder elektromagnetische Strahlung mit immer geringeren Wellenlängen benötigt, die so hochenergetisch und hart sind, daß viele Proben nicht oder nicht zerstörungsfrei untersucht werden können. Die Rastersondentechnologie beschreitet daher einen anderen Weg, ein hohes Auflösungsvermögen zu erzielen. |
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Das STM selbst ist in aller Regel sehr klein. Zu sehen ist hier der aus einem Keramikblock bestehende Meßkopf mit den Zuleitungen für den Piezo. Zu erkennen ist außerdem die über der Probe hängende Tunnelspitze. |
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Allgemein wird bei der Rastersondenmikroskopie eine Meßsonde an die Probe herangeführt, deren elektrische, magnetische oder mechanische Wechselwirkung mit der zu untersuchenden Oberfläche registriert wird. Bei der Rastertunnelmikroskopie wird "schwache Wechselwirkung durch einen Tunnelstrom zwischen der Probe und einer Tunnelspitze ausgenutzt. Da sich die Elektronenwolken der Sonden- und Probenatome überlagern, können Elektronen den verbleibenden Abstand durchtunneln, und es fließt entlang einer elektrischen Potentialdifferenz ein Tunnelstrom von einigen Nanoampere. Einerseits beschränkt dies die Einsatzmöglichkeiten des STM auf elektrisch leitende und halbleitende Proben, andererseits gewinnt man aber durch den Tunnelstrom Informationen über die elektronische Struktur des untersuchten Substrates.
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Die Tunnelspitze des STM. Geeignet ist prinzipiell jedes Metall, bevorzugt werden Platin und seine Legierungen, da keine störende Oxidschicht entsteht, und Wolfram. Die Spitzen können durch Ätzprozesse hergestellt werden oder durch einfaches mechanisches Abtrennen. |
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Die Tunnelspitze wird als Sonde mit piezokeramischen Stellgliedern über die Oberfläche bewegt,wobei sich bedingt durch das Profil der Oberfläche der Abstand zwischen Tunnelspitze und Oberfläche und damit auch der Tunnelstrom geringfügig ändern kann. Der Tunnelstrom wird gemessen und zur (vertikalen) Nachführung des z-Stellgliedes verwandt, so daß der Abstand zwischen Probe und Sonde wieder konstant gehalten wird. Die Auslenkung des z-Piezos ist dabei ein Maß für das Oberflächenprofil. Diese wird von einem Computer eingelesen und zusammen mit den x/y-Informationen zu einem Bild verarbeitet.
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