1.3.1 Вольт-амперная характеристика
Измерение зависимости туннельного тока от прикладываемого напряжения между зондом и образцом осуществляется в режиме спектроскопия
.
В основе
спектроскопии лежит зависимость туннельного тока от числа состояний
, образующих туннельный контакт проводников в интервале энергий от уровня Ферми
до
(рис. 1), что при
согласно формуле (7) пункта 1.2.1 определяется как
(1)
Таким образом, зависимость туннельного тока
при постоянном значении зазора
между остриём и образцом, отражает картину распределения оборванных связей, а также других электронных состояний, отвечающих разным энергиям, т. е. энергетическому спектру либо иглы, либо поверхности. Функция
, определенная в пункте 1.2.1, выражением (6), зависит от плотности заполнения электронных состояний, плоскости фазового пространства, перпендикулярного направлению туннелирования при заданном значении
.
Рис. 1. Модель потенциального барьера произвольной формы в системе МДМ.
Положительный потенциал приложен к правому металлу.
В частности, по зависимости туннельного тока
при постоянном значение зазора
, между остриём и образцом, согласно выражению (1), можно вычислить плотность электронных состояний:
(2)
Таким образом, характер изменения зависимости
и её производной
позволяют найти распределение энергетических уровней с атомарным разрешением. Это даёт возможность судить о типе проводимости, в частности для полупроводников – установить валентную зону, зону проводимости, примесную зону [1-3].
Согласно формулам (2) и (3) пункта 1.2.2 при напряжении
туннельная проводимость
не зависит от прикладываемого напряжения
.
(3)
При
зависимость
от
параболическая.
(4)
На рисунках 2, 3 представлены экспериментальные зависимости
,
, полученные на Pt и ВОПГа образцах Pt-Ro зондом на СЗМ Solver P47. Полученные данные хорошо согласуются с теоретическими зависимостями (1)–(4) (сплошные кривые рис. 2а, 3а).
Рис. 1a. Экспериментальная (точки) и теоретическая (сплошная линия)
зависимости
для Pt
Рис. 1b. Экспериментальная зависимость
для Pt
Рис. 2a. Экспериментальная (точки) и теоретическая (сплошная линия)
зависимости
для ВОПГа
Рис. 2b. Экспериментальная зависимость
для ВОПГа
Выводы.
- Туннельная вольт-амперная характеристика отражает число электронных состояний и их распределение в энергетическом спектре электродов, образующих туннельный контакт.
- Дифференциальная проводимость
пропорциональна плотности электронных состояний. При малых напряжения
не зависит от прикладываемого напряжения (3). При промежуточных напряжениях зависимость
от прикладываемого напряжения параболическая (4).
- Экспериментальные вольт-амперные и дифференциальные характеристики качественно согласуются с теорией.
References.
- G. Binnig., H. Rohrer. Scanning tunneling microscopy. Helv. Phys. Acta. - 1982, - V. 55 726.
- Э. Бурштейн., С. Лундквист. Туннельные явления в твёрдых телах // М.: Мир, 1973.
- Е. Вольф Принципы электронной туннельной спектроскопии.// Киев: "Наукова Думка", 1990, 454 с.