STM探针电化学腐蚀装置的设计及实验研究.pdf

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1、·14·文章编号：1002—6886(2008)05—0014—03STM探针电化学腐蚀装置的设计及实验研究*潘金福?，黄旭，王云，丁召(通讯作者)(1．贵州大学电子科学与信息技术学院．贵州贵阳550025；2．贵州省微纳电子与软件技术重点实验室，贵州贵阳550025)摘要：本文根据扫描隧道显微镜(STM)探针电化学腐蚀方法的特点，在总结其它STM探针电化学腐蚀装置的基础上，自制了STM探针电化学腐蚀装置。并用此装置进行探针制备的实验研究，摸索出了此装置制备高质量钨探针的较佳工艺条件，同时给出了所制探针的STM成像结果。关键词：扫描隧道显微镜(STM)探针制备电化学腐蚀装置中图分类号：TH

2、742文献标识码：BDesignandExperimentalResearchesofElectrochemicalDeviceforSTMTipsPANJinfu，HUANGXu，WANGYun，DINGZhaoAbstract：Basedonoperation{eaturesofpreparationofScanningtunnelmicroscopy(STM)tipsusingelectrochemicaltech—niqueandotherelectrochemicaletchingdevicesforSTMtips，anewelectrochemicaletchingdevice

3、forSTMtipsisdesigned．hisusedforexperimentalresearchesforpreparationofSTMtips，arelativelygoodtechnicalconditionforpreparationofhighqualitytungstentipsisobtainedinexperiments，andtheSEMimagingofthetipbysuchdeviceisshowninthispaper．Keywords：scanningtunnelmicroscopy；tippreparation；electrochemicaletchin

4、gdevice0引言lSTM探针的电化学腐蚀原理自从1982年扫描隧道显微镜(Scanningtunnelmi探针制备有多种方法，如化学的或电化学的腐蚀、研croscopy)被发明以来，STM在表面科学领域里被广泛磨、抛光，机械剪切，光学蚀刻方式以及受控爆裂、阴极溅地应用，现已经成为这个领域里最重要的具之一。STM射、离子铣削、火焰磨削、蚀刻沉积方式等。通过超高真的分辨能力能达到横向0．1nm，纵向0．01nm，能直接观空离子场显微镜可制备末端只有一个原子的探针，但其制察到物质表面的原子结构。STM的工作原理是基于量子备过程昂贵而复杂；用剪切法制备的探针，其末端粗糙，获理论中的隧道效应，当

5、具有原子尺度的探针针尖接近试样得高质量探针的重复率极低，还可能存在许多微型探针，表面(非接触)，以致针尖电子波函数与试样表面原子的电导致STM反映的图像其实是这些微型探针所反映的图子波函数产生交叠时，在针尖和试样间施加一个合适的电像的叠加，造成测试结果的失真；从现有的针尖制备方法压，由于隧道效应将得到针尖和试样间的隧道电流。如保来看，电化学腐蚀法因其成本低廉，操作简易而成为一种持隧道电流恒定，使针尖在试样表面进行扫描，针尖将随非常实用的探针制备方法。早期的电化学腐蚀方法及原表面的起伏上下移动，其运动数据会被同步地采集到，经理如下：过计算机处理即可得到试样表面的形貌图像一。如图1所示，STM

6、拥有原子级的空间分辩能力．与针尖的几何形电解池中装有状密切相关。南于隧道电流j与距离S成指数依赖关系：K()H或NaOH溶，。cexp(一“S)，因此对成像起作用的实际上是针尖最液，中间插入要腐尖端的原子或原子簇。针尖最尖端的原子个数越少，成像蚀的钨丝作为阳的分辩率就越高，最理想的针尖是针尖最尖端只有一个原极，直径0．1mm子。由于STM用探针制备方法有很多偶然性因素．使～1mm，其上端固(a)(b)针尖的不确定性增加，进而加大了STM图像解释上的难定在一个微调螺杆a)直流电解法制备w针尖装置示意图(阳极为钨丝阴极由一个厨在阳极外的不锈钢圈构成)度。因此，探索重复性好的高质量探针制备方法和

7、制备装上，以方便地调节h)针尖腐蚀机理示意图(钨酸根阴离子在溶液中沿钨丝向下流动)置是STM工作的一个关键问题。钨丝相对液面的位图1直流电解法制备w针尖示意图置。对电极(阴极)*基金项目贵州省留学人员科技项目资助(ZO73O13)；贵州大学研究生创新基金资助项目(校研理工2007017)。作者简介潘金福(1973一)．男．贵州三穗人，硕土研究生，研究方向：半导体物理与半导体器件物理。丁召(通讯作者)．男．教授．博士生导师