Mapování lokálních proudů

Vůbec prvním mechanismem detekce vzdálenosti mezi hrotem a povrchem, který byl využit pro konstrukci mikroskopu skenujícího sondou, byl tunelový proud. Pokud přiblížíme dva vodivé objekty do velmi malé vzdálenosti a přiložíme na ně napětí, můžeme pozorovat tunelování elektronů přes energetickou bariéru. Proud přitom roste velmi rychle v závislosti na šířce bariéry, což je pro konstrukci zpětné vazby velmi výhodné. Tímto způsobem je konstruován rastrovací tunelovací mikroskop (STM - scanning tunneling microscope).

V oblasti experimentů ve velmi vysokém vakuu patří STM a související meření I-V křivek (STS - scanning tunneling spectroscopy) stále mezi nejatraktivnější metody (viz například stránky MFF UK). Využití STM v metrologii je však dosud velmi omezené - je určen pro analýzu vodivých vzorků a hroty nejsou tak dobře geometricky definované jako u AFM.

Pokud využijeme proud mezi sondou a povrchem jen jako signál doplňující informaci z měření mikroskopií atomárních sil, získáme vodivostní AFM (C-AFM - conductive atomic force microscopy). Touto metodu můžeme sledovat lokální vodivost materiálu souběžně s měřením topografie.

Z pohledu instrumentace je v podstatě jedinou podmínkou využití vodivých hrotů a cantileverů a využití převodníku proud-napětí vhodného i pro velmi malé proudy. Modul pro elektrická měření je u komerčních mikroskoů často hardwarově kombinován i s dalšími možnostmi mapování elektrostatických sil a kontaktního potenciálu.

Schéma AFM při měření proudu a mapování elektrických polí

Kvantitativní měření

Ideálním výsledkem měření ve vodivostním AFM by bylo rozložení vodivosti v objemu vzorku, nebo alespoň v tenké vrstvě poblíž povrchu. Z pohledu metrologie je proto nutné zabývat se následujícími otázkami:

  • kalibrací převodníku proud-napětí v celém jeho rozsahu,
  • odhadem nejistoty dané kontaktním odporem mezi hrotem a povrchem vzorku,
  • analýzou vlivu tvaru povrchu na měřená data,
  • vztahy mezi proudem mezi sondou a povrchem a vodivostí v objemu vzorku.

Mnohé z otázek při měření a interpretaci dat z lokální vodivosti opět vede na numerické simulace, ať už rozložení pole nebo pohybu nosičů, nejčastěji pak obojího. Mnohé experimenty v tomto oboru jsou proto v současnosti spíše kvalitativního charakteru.


(c) CMI 2012

Novinky

Zveme vás na Seminář o metodách blízkého pole.

Snímek měsíce


Atomární schodky na Si

Kontakt

Oddělení primární nanometrologie a technické délky
Český metrologický institut
Okružní 31, 638 00 Brno
pklapetek(at)cmi.cz