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.
|
