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清华大学化学系 表面与材料实验室 * 石墨的AFM 清华大学化学系 表面与材料实验室 * 表面分析应用 表面形貌 表面原子像 表面扩散 表面台阶 表面催化反应 表面粗糙度 清华大学化学系 表面与材料实验室 * 表面扩散研究 Au/Si3N4体系原始膜表面形貌 清华大学化学系 表面与材料实验室 * 表面扩散 Au/Si3N4体系电迁移5min后的表面形貌 在电场作用下，沉积在Si3N4衬底上的纳米级Au薄膜不仅发生表面形貌的改变，Au的晶粒趋向细化，膜层也趋向于均匀，表面粗糙度降低，更重要的是Au与Si3N4衬底发生了界面化学反应，生成了Au的硅化物AuSiX。 The END 2003.12.2 2003.12.9日下午，参观演示实验 TEM，XPS和AES * 清华大学化学系 表面与材料实验室 * 样品的制备 导电样品：表面光滑，清洁 关于生物材料的样品制备? 人们发现即使这些材料本质上是非导体，但是当它们被置于一个导电培养基上的薄膜时，微弱的隧道电流出现了。在培养基上得到图片的原理还不甚清楚，但是有人认为培养基和上面的分子形成了一种混合状态，该状态是活泼的能量态和可以映射被吸附物的分子几何图象的电子分布状态的合成。在STM的实验中，用于培养基的最普通的材料是石墨，其他的层状物质如Mos2，WS2，mica等也可轻易地制备用来进行STM研究。 清华大学化学系 表面与材料实验室 * STM图像的解释 STM图像反映的是样品表面局域电子结构和隧穿势垒的空间变化，与表面原子核的位置没有直接关系，并不能将观察到的表面高低起伏简单地归纳为原子的排布结构； 针尖电子态的影响 STM图像是针尖电子态与样品表面局域电子态的卷积； 清华大学化学系 表面与材料实验室 * STM的应用微电子学研究 微电子器件的制造过程中 能在不接触表面的情况下绘制出电子元件表面图象，不论这些元件的组成成份如何，这对监督和改进亚微米集成电路的工艺具有突出的作用。 具有不损伤器件的特点以及高的空间分辨率 清华大学化学系 表面与材料实验室 * STM应用 基于扫描探针显微镜的纳米加工技术，包括了一种纳米刻蚀技术（Nanolithgraphy）。 这种技术可以实现在纳米尺度上制备产品。目前刻蚀图形的线宽约为10nm。 日本NEC公司已研制出超高密度记录技术，其记录密度为目前磁盘的3000倍。 若将STM刻蚀技术与分子束外延薄膜生产技术相结合，即可用于制造三维尺寸均的纳米级的量子器件。 例如利用砷镓和砷铝镓多层分子束外延薄膜材料加上纳米刻蚀，即可构成电或光的量子器件。这将对微电子、激光技术和光电技术带来革命性的影响。 清华大学化学系 表面与材料实验室 * STM应用 原子操纵 扫描探针显微镜所提供的单个原子、分子的操纵手段还可能导致原子级的计算机开关器件的诞生。 相当方便面地移走材料表面的某一种原子和搬来另一种原子，从而形成一种新材料。这一切在数分种内就可以完成。 这种显微镜最激动人心的用途就是用于制造原子尺寸的计算机和毫微芯片。 清华大学化学系 表面与材料实验室 * STM应用 扫描探针显微镜在光盘、磁盘的表面结构分析中也获得了广泛的应用。 此外，扫描探针显微镜还可以用于修整材料缺陷，改变材料特性，或是修整电子器件，从而使材料和电子器件的特性达到最佳化。 美国能源部实验室的科学家卡兹墨斯基借助于原子加工显微镜在材料表面掺杂后，N型材变成了P型材料 清华大学化学系 表面与材料实验室 * 特点和应用 与其它表面分析技术相比，STM有许多优点。 它由于原子级分辨率，平行和垂直于表面方向的分辨率分? 别高达0.1nm和0.01nm，即可分辨出单个原子。 它可以得到单原子层表面的局部结构，可以直接观测? 到局部的表面缺陷、表面重构、表面吸附的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。 在获得样品表面形貌的同时，也可得到扫描隧道谱，可用于研究表面的电子结构等。 STM可实时地得到在实空间中表面的三维图像，可用于研究具有周期性或不具备周期性的表面结构，非常有利于对表面反应、? 扩散等动态过程的研究。? 清华大学化学系 表面与材料实验室 * STM的优势 STM具有极高的分辨率?它可以轻易的“看到”原子，这是一般显微镜甚至电子显微镜所难以达到的? ? STM得到的是实时的?真实的样品表面的高分辨率图象，而不同于某些分析仪器是通过间接的或计算的方法来推算样品的表面结构?也就是说，STM是真正看到了原子。 STM的使用环境宽松?电子显微镜等仪器对工作环境要求比较苛刻，样品必须安放在高真空条件下才能进行测试?而STM既可以在真空中工作，又可以在大气中，低温，常温，高温，甚至在溶液中使用?因此STM适用于各种工作环境下的科学实验?? STM的应用