1、 確定 取消掃描隧道電子顯微鏡掃描隧道電子顯微鏡（scanning tunneling microscope，縮寫(xiě)為STM），亦稱為掃描穿隧式顯微鏡，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測(cè)物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于1981年由格爾德·賓寧及海因里希·羅雷爾在IBM位于瑞士蘇黎世的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，兩位發(fā)明者因此與恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。它作為一種掃描探針顯微術(shù)工具，掃描隧道顯微鏡可以讓科學(xué)家觀察和定位單個(gè)原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外掃描隧道顯微鏡在低溫下（4K）可以利用探針尖端精確操縱原子，因此它在納米科技既是重要的測(cè)量工

2、具又是加工工具。掃描隧道顯微鏡 scanning tunneling microscope 縮寫(xiě)為STM。它作為一種掃描探針顯微術(shù)工具，掃描隧道顯微鏡可以讓科學(xué)家觀察和定位單個(gè)原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外，掃描隧道顯微鏡在低溫下（4K）可以利用探針尖端精確操掃描隧道顯微鏡縱原子，因此它在納米科技既是重要的測(cè)量工具又是加工工具。STM使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物化性質(zhì)，在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景，被國(guó)際科學(xué)界公認(rèn)為20世紀(jì)80年代世界十大科技成就之一。2 基本結(jié)構(gòu) 2.1

3、隧道針尖 隧道針尖的結(jié)構(gòu)是掃描隧道顯微技術(shù)要解決的主要問(wèn)題之一。針尖的大小、形狀和化學(xué)同一性不僅影響著掃描隧道顯微鏡圖象的分辨率和圖象的形狀，而且也影響著測(cè)定的電子態(tài)。針尖的宏觀結(jié)構(gòu)應(yīng)使得針尖具有高的彎曲共振頻率，從而可以減少相位滯后，提高采集速度。如果針尖的尖端只有一個(gè)穩(wěn)定的原子而不是有多重針尖，那么隧道電流就會(huì)很穩(wěn)定，而且能夠獲得原子級(jí)分辨的圖象。針尖的化學(xué)純度高，就不會(huì)涉及系列勢(shì)壘。例如，針尖表面若有氧化層，則其電阻可能會(huì)高于隧道間隙的阻值，從而導(dǎo)致針尖和樣品間產(chǎn)生隧道電流之前，二者就發(fā)生碰撞。掃描隧道顯微鏡目前制備針尖的方法主要有電化學(xué)腐蝕法、機(jī)械成型法等。制備針尖的材料主要有金屬鎢絲

4、、鉑- 銥合金絲等。鎢針尖的制備常用電化學(xué)腐蝕法。而鉑- 銥合金針尖則多用機(jī)械成型法，一般 直接用剪刀剪切 而成。不論哪一種針尖，其表面往往覆蓋著一層氧化層，或吸附一定的雜質(zhì)，這經(jīng)常是造成隧道電流不穩(wěn)、噪音大和掃描隧道顯微鏡圖象的不可預(yù)期性的原因。因此，每次實(shí)驗(yàn)前，都要對(duì)針尖進(jìn)行處理，一般用化學(xué)法清洗，去除表面的氧化層及雜質(zhì)，保證針尖具有良好的導(dǎo)電性。2.2 三維掃描控制器 由于儀器中要控制針尖在樣品表面進(jìn)行高精度的掃描，用普通機(jī)械的控制是很難達(dá)到這一要求的。目前普遍使用壓電陶瓷材料作為x-y-z掃描控制器件。壓電陶瓷利用了壓電現(xiàn)象。所謂的壓電現(xiàn)象是指某種類型的晶體在受掃描隧道顯微鏡到機(jī)械力發(fā)

5、生形變時(shí)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，或給晶體加一電場(chǎng)時(shí)晶體會(huì)產(chǎn)生物理形變的現(xiàn)象。許多化合物的單晶，如石英等都具有壓電性質(zhì)，但目前廣泛采用的是多晶陶瓷材料，例如鈦酸鋯酸鉛Pb(Ti,Zr)O3(簡(jiǎn)稱PZT)和鈦酸鋇等。壓電陶瓷材料能以簡(jiǎn)單的方式將1mV-1000V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成十幾分之一納米到幾微米的位移。用壓電陶瓷材料制成的三維掃描控制器主要有以下幾種三腳架型，由三根獨(dú)立的長(zhǎng)棱柱型壓電陶瓷材料以相互正交的方向結(jié)合在一起，針尖放在三腳架的頂端，三條腿獨(dú)立地伸展與收縮，使針尖沿x-y-z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。單管型，陶瓷管的外部電極分成面積相等的四份，內(nèi)壁為一整體電極，在其中一塊電極上施加電壓，管子的這一部分就會(huì)伸展或收縮(由電壓的正負(fù)和壓電陶瓷的極化方向決定)，導(dǎo)致陶瓷管向垂直于管軸的方向彎曲。通過(guò)在相鄰的兩個(gè)電極上按一定順序施加電壓就可以實(shí)現(xiàn)在x-y方向的相互垂直移動(dòng)。在z方向的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)在管子內(nèi)壁電極施加電壓使管子整體收縮實(shí)現(xiàn)的。管子外壁的另外兩個(gè)電極可同時(shí)施加相反符號(hào)的電壓使管子一側(cè)膨脹，相對(duì)的另一側(cè)收縮，增加掃描范圍，亦可以加上直流偏置電壓，用于調(diào)節(jié)掃描區(qū)域。十字架配合單管型，z方向的運(yùn)動(dòng)由處在“十”字型中心的一個(gè)壓電陶瓷管完成，x和y掃描電壓以大小相同、符號(hào)相反的方式分