扫描隧道显微镜

概述

扫描隧道显微镜是一种利用量子隧穿效应的非光学显微镜。

基本结构

扫描隧道显微镜的测量干扰主要来源于机械震动和电噪音，因此需要在有较高防震水平的防震台上工作。
其机械部分的实现难点在于如何驱动针尖或样品在微纳尺度范围内做精确运动，因此用到了压电陶瓷管。
其电子控制部分的实现难点在于如何将微纳量级的隧穿电流转化为可以处理的信号，因此用到了前级放大器。

工作方式及理论基础

针尖受压电陶瓷管驱动，在x和y方向上进行扫描，而z方向上的运动可分为恒流式和恒高式。
在恒流模式下，压电陶瓷管受反馈电路控制，保持针尖和样品之间的隧穿电流保持恒定的设定电流值。为了保持隧穿电流恒定，压电陶瓷管需要根据表面起伏在z方向上下运动，该运动轨迹反映了表面的起伏情况。以z的值在xy空间上做二维图，就得到了表面的高度起伏像。
在恒高模式下，压电陶瓷管在z方向上保持恒定。以探测到的隧穿电流的值在xy空间上做二维图，就得到了隧穿电流变化像。

DIY扫描隧道显微镜

学习一项仪器技术的最好方法莫过于自己搭建一台这样的仪器。有一些STM技术爱好者在网上发表了扫描隧道显微镜的DIY教程，为这一技术的推广起到了积极作用。

应用

扫描隧道显微镜目前的主要应用领域为基础科学研究，包括模型催化研究、超导、单分子(原子)磁体、纳米器件学等。
在工业领域的主要应用为半导体表面形貌测量，例如线宽测量。