掃描隧道顯微鏡的頻譜分析技術(shù)研究.pdf

1、掃描隧道顯微鏡(STM)是具有原子級高分辨率的表面分析儀器，它不但可用于表面形貌觀察，配合掃描隧道譜還可以得到材料表面電子結(jié)構(gòu)的豐富信息。 探針與樣品間的隧道電流是STM成像或譜學測量的信號來源。STM技術(shù)的新近發(fā)展，更多是集中在提高對微弱隧道電流的檢測上，這既包括對弱導電樣品的檢測，也包括有交流調(diào)制時一、二次諧波的檢測；但很少對隧道電流信號的頻譜成分進行研究。由于STM正常工作時，探針和樣品之間存在吸引力、排斥力、共振力等非常

2、復雜的力的綜合作用，各種力的作用都有可能導致探針發(fā)生某種振動，或使探針的共振頻率發(fā)生變化。理論上，如果探針存在某種振動或者振動的變化，它應(yīng)該會反映到隧道電流上，通過分析隧道電流信號的頻譜，就能把這種振動或者振動的變化檢測出來，進而分析力的變化。 本論文的工作，首先是在STM上建立隧道電流頻譜分析系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件程序。在算法上通過對時域信號加窗函數(shù)，對頻譜進行插值修正，大大提高了頻譜精度。所建立的頻譜分析系統(tǒng)的諧波分析頻率

3、精度優(yōu)于0.01Hz，振幅精度優(yōu)于0.007﹪，噪聲最小只有0.2μV。 在該STM頻譜分析系統(tǒng)上，我們對高定向熱解石墨(HOPG)樣品的隧道電流進行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)其頻譜在接近40KHz處出現(xiàn)特征峰。該特征峰與外界激勵無關(guān)，但隨探針長度變短或者探針與樣品間距變小而向高頻偏移。通過理論分析，原則上可確定該頻率特征峰是探針在與樣品間力作用下的共振頻率。這也揭示，利用頻譜分析技術(shù)，有可能通過測量隧道電流進行探針和樣品間力的分析或檢測。