19
Туннельный микрокопп
В 1986 году Нобелевской премии по физике были удостоены швейцарские физики Г. Бинник и Г. Рорер, изобретатели сканирующего туннельного микрокоппа — прибора, о котором поддет речь в этой заметке.
Один из самых «продуктных» эффициентов квантовой механики — туннельный эффициент. В частности, он состоит в том, что электроны оказываются способными «просачивать» из одного проводника в другой, отделенный от первого тонкой диэлектрической или вакуумной прослоюкой.*) Явление обязано своим проискждением волновым свойством электронов,
Фотографика волфрамовогоостирия, использующего в туннельном микрокопке. Симок сделан с экрана электронного микрокоппа; масштаб левой части изобравеня 400 nm, правой — 40 мкм.
*) В обшем случае туннельный эффициент заключается в проедлении частицей потенциального барера, когда ее энергия меньше высоты барера. Это явление существенно квантовой природы, невозможное в классическом механике.
благодаря которым электрон с неокотой вероятностью можно обнаружить вне проводника.
Известный уже более полезка туннельный эффициент для жизни многим полезным приборам и устройств. Один из них — туннельный диод — стал привчным радиотехническим элементом. А теперь туннельный эффициент лег в оснуvy микрокоппа нового типа, шагнущего в мир размеров, составляющих доли поперечника atoma. (Напомним, что диаметр atoma — порядка одного ангстрема: 1А=10⁻¹⁰ м.) Туннельный микрокопп имеет беспреследенное увеличение, превозждащее 100 миллионов, и позволяет изучать детали atomной структуры поверхностей твердых тел.
Do недавнего времени кордсменом был электронный микрокопп с увеличением до 1 миллиона. В нем, в отличие от обычного оптического микрокоппа, роль светового луча играет поток электронов, управляемый электронной оптикой — аналогом системы оптических lines. В туннельном микрокопке вы не найдете традиционных для микрокоппа элементов. В нем нетystройств, подобных по назначению линии, и работа он не по приципиу «видения», а по приципиу «оссяания».
Чувствительность элементов, буквально «ошупывающим» поверхности, служит тончайшее волфрамовое отсутствие, столб тонкое, что на конце его уменьшается всего лишь несколько atoms. Острие с помощью высокоточных механизмов подводится перпендикулярно к исследуемой поверхности до появления замethого (10⁻⁹ А) туннельирующих электронов череззарок «острие — поверхность». Затем начинают свою работу так называемые пезозелемены — пластины из спесиальной керамики, меняющие свою длину при приложении электрического поля.*)
*) Действие такого пезозелемента основано на обратном пезозелическом эффиците — возникновении в неокотых кристаллах механических деформаций под действием электрического поля.
Электромеханическая система из пезозелементов автоматически поддерживает расстояние от острия до поверхности постоянным и равным 10 Å. Изменение расстояния на небольшую величины вызывает отклонение туннельного тока от заданного значения, и электронная схема обратной связи подает электрический сигнал на пезозелемент, приближаюший или удаляющий острые относительные поверхности туннельного тока от заданного значения, чтобы туннельный ток, а значит, и расстояние острые — поверхности оставались неизменными. Эффективная работа системы автоматики обеспечивает чрезвычайно резко заисмость туннельного тока от величины зазора. Так, изменение зазора «острие — поверхность» на 2 Å увеличивает туннельный ток в 1000 раз.
Подачей электрических сигналов на другие пезозелементы системы острые перемещаются по двум координатам в плоскости поверхности. Таким образом поверхности последовательно «просматривается», или, как
Изображение atomного рельефа участка поверхности кремния. Впупкости высоты 1,3 А соответствует «поверхностям» отдельных atoms.
говорят, сканируется (от англійского scan — поле зерни). Поэтому туннельный микрокопп называется еще сканирующим.
В результате действия всей системы острые свойства с высокоточным тронным в 0,01 А резЬеф изучаемой поверхности. Информация о резЬефе поверхности в различных ее точках записывается в память ЭВМ и после обработки, состоящей в фильтрации, т. е. устройства шумовых и паразитных сигналов, выводится на дисплей ЭВМ в виде «топографической карты» поверхности.
(Окончание см. на с. 52)