MühaziRƏ №7 setm-in iş prinsipi

MÜHAZİRƏ № 7

SETM-in iş prinsipi
Birinci SETM 1982-ci ildə yaradılıb. Həmin andan dünyada tədqiqatlara və SETM-in nanoelektronikada təcrübi tətbiqinə maraq çox artmışdır. SETM-ə maraq ilk növbədə onunla izah edilir ki, bu cihaz detal səthinin hündürlüyünü uzunluq boyunda yüzdə bir anqstrem ( 10^-10 sm) və vahid anqstrem ( 10^-8 sm) həll etmək imkanı verir. SETM səthin mikrorelyefi haqqında zəngin informasiya verməyə, elektronların çıxışının yerli işinə, atom müstəvili həllinin elektron vəziyyətinin spektri, səth layının tərkib və relyefi, nümunədən cərəyan keçdikdə potensialların paylanmasına imkan verir. Onu da əlavə edək ki, SETM ayrı-ayrı atomlar və molekullardan maddə klasterlərinin yığılmasının aparılmasına imkan verir. Əgər nümunə - bütöv elektrik keçirən mühitdirsə və sərbəst səthə 2 – 3 məsafədə bir atomla qurtarana metal iti uc (iynə növlü) yaxınlaşdırılarsa, onda potensiallar fərqinə Ut = 0.1 – 1 əlavə olunur. Tunelləşmə ilə şərtləndirilmiş nümunə və iti uc zənciri arasında cərəyan əmələ gəlir. Kəmiyyət sırasına görə kvaziklassik yaxınlaşmada tunelləşdirmə ehtimalı aşağıdakı kimi təyin edilir

(2.5)

Burada:  - elektron çıxımının xarakterik işi, bir neçə eV təşkil edir; m – elektron keçiriciliyinin kütləsi; Z – iti ucun sonu və nümunə səthi arasındakı məsafə.

Tunnel cərəyanını I qiymətləndirmək üçün W(Z) ekponensial asılılığı nəzərə alaraq, hesab ediləcək ki, o, bütövlükdə tunel əlaqəsi S  10^-16 sm² sahəsinə malik iti sonluqdan keçəcək. Elektron keçiriciliyi sıxlığını 10²² sm^-3 və sürəti 10⁸ sm/san qəbul edsək, tunel cərəyanının qiymətini alarıq

nA, (2.6)

Burada: e – elektronların yüküdür.

Lakin, (2.1) ifadəsindən görünür ki, iti uc və nümunə səthi arasında boşluq təqribən ardıcıllıqla artdıqda cərəyan potensialı azalır. Belə qiymətləndirmədə metal nümunələrin səthinin topoqrafik öyrənilməsində SETM işi başa düşülən olur. Əgər iti uc pyezoelementə bərkidilibsə, onda o, idarə edici gərginliyin U altında öz ölçüsünü dəyişir və onu nümunə səthinə yaxınlaşdırdıqda tunel cərəyanı I baş verir. Əks rabitə sisteminin köməyi ilə nümunənin səthi iti uc boyu skan edilərsə sabit cərəyan İ_t təyin edə bilər (sabit tunel cərəyanı rejimi kimi adlandırılır). Əgər onun elektron xüsusiyyəti (daha doğrusu, elektronların çıxış işi) bircinslidirsə, onda U (x, y) asılılığı səthin relyefini əks etdirəcək.

Çıxış işinin variasiyası şəkilin dəyişməsinə gətirib çıxarır ki, bu da kifayət qədər azdır və məntiqi hədlərdə V dəyişməsində, daha doğrusu 2-5 eV-da vahid anqstrem təşkil edir. Prinsipcə səthdə çıxış işinin variasiyası elə həmin U (x, y) asılılığının alınmasındakı təcrübənin özündə ölçmək olar. Bunun üçün iti iynə-nümunə məsafəsini  kiçik qiymətlərində modullaşdırmaq və tunel cərəyanının dəyişən komponentini ölçmək lazımdır. Onun amplitudası

(2.7)

Beləliklə, təkcə topoqrafiyanı ölçmək yox, həm də, müxtəlif tərkibli sahələrini, elektronların çıxımının işinin müxtəlifliyi mövcuddursa, onu fərqləndirmək olar. Çirkləndiricilər – oksidlər, sorbsiya olunmuş duzlar və digər çirklənmələr olduqda işlər bir qədər çətinləşir. Nə vaxt ki, sahələr izolyasiyaedici layla örtülür, onda verilmiş cərəyan səviyyəsinə nail olmaq üçün iti ucu ona batırmaq lazım gəlir. Bunun üçün kifayət qədər güc və pyezoelementə (müəyyən təsir nəticəsində bəzi kristalların tinlərində birləşdirilən element) bərkidilmiş iti ucun daha dərinə getməsi lazımdır. Topoqramda belə sahələrə vertikal divarda dərin uçurum kimi baxılacaq. Beləliklə, çirklənmə anormal az iş çıxımına uyğun gəlir ki, bu da bir milli volt təşkil edir.

Qeydiyyatın alternativ üsulu – böyük sabit zamanla əks rabitə zəncirində iş rejimidir. Beləliklə, skan edilən vaxtda iti uc – nümunənin orta məsafəsi saxlanılır və tunel cərəyanının tez dəyişməsini qeyd edir (cərəyan görüntüləri). Bu üsul nümunələrdə kiçik sahələrin tədqiqatı üçün tətbiq edilir və nümunələrin qeydiyyatının tez təsirli sistemini maksimal istifadə etməyə və real müddətdə görüntülər almağa imkan verir.

Nümunə səthində normala görə SRTM-in həlli, atomun hamar səthlər üçün yaxşı hallarda anqstremin yüzdə bir payına nail olunur. Aparatların elektron səsindən kəskin J(Z) asılılığı, tunel cərəyan səsi kimi adlandırılan “xırdalanma” nəticəyə zəif təsir edir. Z koordinatına görə “Çirkli” səthlər üçün səs mikron hissəciklərinə qədər artır.

Müstəvidə həll çox saylı faktorlardan asılıdır, o cümlədən iti ucun quruluşundan. Əgər iti ucun yuxarı hissəsi 10 – 5 sm radiusunda şar şəklində təqdim edilirsə, onda tunel cərəyanında zənginlik 50 radiusunda sahə verəcək, daha doğrusu, gözlənilən həll həmin səviyyədə olacaq. Lakin, əgər iti uc kimi monokristallik volfram istifadə edilirsə, uzununa ox istiqamətlə üst-üstə düşür, onda iti ucun sonu bir və yaxud üç atomla sona çatan piramida formasında olur. Təcrübi göstərilmişdir ki, əgər tunelləşdirmə bir atomla həyata keçirsə, onda son dərəcə həll təmin edilir.

Hesabatlara uyğun olaraq, səs siqnalının ağıllı amplitudasında (0.1 sırası), nümunənin səthində bir-birindən 4 məsafədə yerləşən ayrı-ayrı atomları müşahidə etmək olar. Beləliklə, müstəvidə sıx yığılmış sərbəst atom gözləmək çətindir, ona görə ki, onlar arasında məsafə 2 – 3 -dir. Ancaq, əgər səth yenidən qurulsa, daha doğrusu, atomlar arasında məsafə hiss olunacaq dərəcədə müstəvilər arası məsafəni ötüb keçirsə, onda ayrı-ayrı müşahidələr fərdi atomları müşahidə etməsi tamamilə mümkündür.