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.

  1. G. Binnig., H. Rohrer. Scanning tunneling microscopy. Helv. Phys. Acta. - 1982, - V. 55 726.
  2. Э. Бурштейн., С. Лундквист. Туннельные явления в твёрдых телах // М.: Мир, 1973.
  3. Е. Вольф Принципы электронной туннельной спектроскопии.// Киев: "Наукова Думка", 1990, 454 с.