扫描隧道显微镜钨针尖的制备与表征

采用直流电化学刻蚀方法制备扫描隧道显微镜钨针尖,研究了电化学刻蚀过程中NaOH溶液浓度、钨丝浸入长度和刻蚀电压对针尖形貌的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)测量针尖曲率半径和针尖纵横比值,以表征针尖的尺寸和形状;通过能谱仪(EDS)分析针尖表面成分,以表征表面清洁度;通过场发射显微镜(FEM)得到Fowler-Nordheim (F-N)曲线来检测针尖发射性能。实验结果表明,当溶液浓度为2 mol/L、钨丝浸入长度为4 mm、刻蚀电压为3 V时,可以得到曲率半径约为100 nm、纵横比值为13的针尖,且表面无钨的氧化层。FEM结果显示当对针尖施加500 V的负偏压时,针尖可以稳定发射50 nA量级的电流,且针尖性能具有良好的一致性。     

STM碳纳米管针尖的研究

合成和提纯了单壁碳纳米管（SWCNTs)。使用水溶胶体,SWCNTs被组装在钨（W）针尖上,它可以用作扫描隧道显微镜（STM）的针尖,得到高定向石墨（HOPG）和金（Au)膜表面的原子分辨像,用场发射显微镜（FEM）研究了SWCNTs的场发射特性,得到了原子分辨的场发射图,与计算的（9,9）扶手椅型的SWCNT结构相一致,研究了SWCNTs的电学特性,观察到了负阻特性。     

利用STM构建金属有机材料的纳米结构和改变电学性质

研究和开发利用扫描隧道显微镜(STM)对材料进行纳米尺度加工的功能，藉助于STM针尖和样品之间的强电场在金属有机络合物Ag-TCNQ薄膜表面构建了纳米点、纳米点阵和纳米线等纳米结构。伏安(I-U)特性曲线和扫描隧道的测试表明，在针尖强场作用后材料表面的局域电子态密度迅速增大，在电学上由高阻态转变为低阻态，这种效应可能归因于金属原子和有机分子之间的电荷转移。这些纳米结构展示了用作高密度存储器和纳米导线的可能性，有机导电材料将是未来纳米电子材料的理想候选者，而STM则将成为纳米电子学微细加工的有力工具。     

竖立在晶态金表面上的短单壁碳纳米管

合成和提纯了单壁碳纳米管(SWCNTs),用胶体将其竖直地组装在金薄膜表面上。用此组装技术制造了扫描隧道显微镜(STM)的针尖,成功地观测到了金晶粒的形貌像和高定向石墨的原子像。SWCNTs竖立在金表面上对于电学特性测量,制造场发射电子源,组装纳米电子器件,制作扫描探针显微镜(SPM)针尖等有重要意义。     

大气状态下AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的机理分析

通过AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的实验得到了凸出的Ti膜氧化物高度与偏置电压成线性关系,并和针尖扫描速度成负对数关系,在前人的基础上深化了AFM针尖诱导氧化加工的机理和理论模型,分析得到了合适的加工条件即:偏压为8V,扫描速度为0 .1μm/ s.     

现场STM针尖诱导Ag(111)表面局域刻蚀

本文报道用现场扫描隧道显微镜技术（in-situ STM)研究Ag(111）电极表面局域刻蚀。实验表明,STM针尖可以诱导有I^- 特性吸附的Ag(111)电极在其电化学稳定区发生表面局域刻蚀,刻蚀的发生与程度与针尖电位,样品电位及偏压等因素有紧密关系,刻蚀速度在偏压最小时达最大,刻蚀的发生也间接反映了电化学体系中的多重隧穿途径及其随电极电位的变化。     

大气状态下AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的机理分析

通过AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的实验得到了凸出的Ti膜氧化物高度与偏置电压成线性关系,并和针尖扫描速度成负对数关系,在前人的基础上深化了AFM针尖诱导氧化加工的机理和理论模型,分析得到了合适的加工条件即:偏压为8V,扫描速度为0.1μm/s.     

单晶硅表面STM成像理论模型与实验分析

结合扫描隧道显微镜(STM)成像实验和第一性原理原子级模拟计算的方法已经成为材料界面表征的重要手段。超高真空条件下的STM可用于直接观察单原子等微观结构,但其成像原理还未被理解清楚。STM扫描测得的试件表面原子级图像并不直接反映材料原子的形态,实际上是表面形貌和表面电子态局域密度的综合结果。为了解释STM成像,采用第一性原理Siesta方法,研究了Si(001)面STM成像过程的电子结构,对表面粒子的原子轨道和相应的电荷密度进行计算。讨论了等高模式下扫描高度对局域电子云密度分布的影响,并分析了STM针尖几何形状对模拟结果的影响。研究表明,材料表面原子的电子云密度分布可以用来解释STM成像精度和扫描高度对比的变化。     

一种新型的STM探针

以普通的石英光纤为材料，用熔拉腐蚀复合的方法制备出nm量级的光纤探针，而后在针尖表面镀上数十nm厚的金属膜，达到导电性，使其能传导隧道电流，从而研制出一种新型的扫描隧道显微镜（STM）光纤隧道探针，在STM上取得了比较理想的实验结果。本文将光纤隧道探针与金属隧道探针作了比较，并对其性能作了分析。     

STM单分子剪裁术及其应用--纳米科技专家的手术刀

本文结合具体的实验,着重介绍了扫描隧道显微术（STM）诱导的单分子化学键断裂反应和成键反应（STM单分子剪裁术）的实验方法、剪裁机理和应用前景.STM单分子剪裁通过电压脉冲实现,化学键断裂和键合的能量来源于针尖和样品间发生非弹性隧穿的电子.STM单分子剪裁不仅可以对化学反应的路径进行控制,而且能控制和改变分子性质,实现某种物理效应,为单分子功能器件的制备提供一个重要的新方法.     

Investigation of surface morphology of copper-modified amorphous carbon films

A study of the surface morphology of copper-modified amorphous hydrogenated carbon films a-C:H(Cu) by scanning tunnel microscopy (STM) is reported. An algorithm is presented for the digital analysis of STM images to obtain the size distribution function for the longitudinal component of the surface relief. a-C:H(Cu) films were deposited by magnetron co-sputtering of graphite and copper onto two types of substrates: (100) n-Si with a heavily doped surface layer, and Si covered with a chromium layer. A mesoscopic surface structure of crystalline silicon, a chromium layer, and a-C:H(Cu) film has been revealed. A correlation between the structural elements of the film and the substrate is considered and a conclusion is made that inherent grains with characteristic size of 6–8 nm are formed in the film.     

A scanning tunneling microscopy study of low-temperature grown GaAs

Scanning tunneling microscopy (STM) has been used to investigate the effect of low-temperature (LT) growth of GaAs by molecular beam epitaxy on the morphology of the resulting surface. We present STM images of a GaAs(001) surface that was grown at ∼300°C and subsequently annealed at 600°C and show that there is a recovery of the (2×4) reconstruction. We also report images of a surface grown on top of a buried LT GaAs layer and show that the LT layer has little effect on the resulting surface morphology. In addition, scanning tunneling spectroscopy spectra are presented which demonstrate that the current-voltage characteristics of annealed and unannealed LT grown GaAs are significantly different.     

C_(90)分子单层膜在Au(111)表面的STM研究

在超高真空中使用热蒸发方法,在Au(111)表面上制备了C90分子的分子单层膜,并利用超高真空低温扫描隧道显微镜在120 K温度下对其结构进行研究。观察到C90分子在Au(111)表面上先是沿着台阶边缘生长,分子铺满一层后,会在薄膜上形成岛状结构。本文对岛状结构进行了原位高分辨表征,观察到C90分子在正偏压和负偏压下的几种不同形貌,并给出了各种形貌所对应的C90分子构型。     

C90分子单层膜在Au(111)表面的STM研究

在超高真空中使用热蒸发方法,在Au(111)表面上制备了C90分子的分子单层膜,并利用超高真空低温扫描隧道显微镜在120 K温度下对其结构进行研究.观察到C90分子在Au(111)表面上先是沿着台阶边缘生长,分子铺满一层后,会在薄膜上形成岛状结构.本文对岛状结构进行了原位高分辨表征,观察到C90分子在正偏压和负偏压下的...     

二氧化硅超薄膜的扫描隧道显微镜和扫描隧道谱研究

用超高真空热氧化方法在Si(111)清洁衬底上生长了二氧化硅超薄膜，并利用超高真空扫描隧道显微镜和扫描隧道谱技术对超薄膜的表面形貌和局域电学特性进行了研究。结果显示，在超薄范围二氧化硅呈层状生长，不同层的微分电导谱所测禁带宽度差别可以达到约3eV，形貌对二氧化硅带宽的影响小于膜厚的影响。     

Au(111)表面自组装硫醇单分子膜的STM成像机理

本文利用基于密度泛函理论的算法模拟Au(111)表面紧密堆构型的烷烃硫醇自组装单分子层膜(SAMs)中单分子的扫描隧道显微镜(STM)图像，发现图像细节依赖于偏压和烃链链长，主要由受电子效应影响的形貌效应决定。同时进行了电子结构分析以研究硫醇SAMs的STM成像机制，还发现烷烃硫醇分子中的S原子在Au表面的吸附模式也明显地影响着STM图像细节。     

Detection of iron-oxide layer on the surface of iron nitride using high-resolution electron microscopy and Fourier filtering

High-resolution electron microscopy (HREM) was used to detect the surface Fe3O4 iron-oxide layer formed on [011] Fe4N iron nitride due to electron irradiation in the transmission electron microscope. The existence of a surface oxide layer was confirmed by both image processing and through-focus observation. Images of the iron oxide were revealed using the process of fast Fourier transformation (FFT) of experimental HREM images, filtering of the FFT patterns and inverse FFT. By through-focus observation, HREM images of iron oxide were obtained based on the tuning of contrast transfer function. Fourier filtering is effective for examining the beginning of phase transformation, because at this stage the diffraction spots of iron oxide are too weak to be detected. At the time when the iron oxide layer has developed to some extent, through-focus observation is useful to obtain an image of oxide layers.     

The formation of natural oxide on the mirrors of GaSb/GaInAsSb/GaAlAsSb laser heterostructures at places of emergence of al-rich layers

Formation of a natural oxide in ambient atmosphere of the mirrors of a GaSb/GaInAsSb/Ga_0.1Al_0.9As_0.93Sb_0.07 laser heterostructure at places of emergence Al-rich layers on the mirror surface is studied. The evolution of topography of the laser mirrors produced by cleavage under ambient and ultrahigh vacuum conditions was studied by AFM and STM for mirrors cleaved. The oxidation of Ga_0.1Al_0.9As_0.93Sb_0.07 layers on the mirror surface was monitored for more than a year. It is shown that the oxide layer develops over the course of several months and then attains a constant thickness of about 1 μm. In the course of natural oxidation, the volume of the oxide layer increases, which results in its protrusion above the laser mirror surface approximately by a third of the total thickness of the oxide formed. Ultrahigh vacuum studies ruled out the previously assumed occurrence of the effect of plastic extension of Al-rich layers at the instant of cleavage and the resulting protrusion over the cleavage plane. At the initial stage of oxidation, the oxide protruding above the surface demonstrates an unusual concave region in the upper part, which disappears as the oxide grows further. An explanation of the observed transformation of the shape of the oxide layer is offered. It is assumed that the chemical composition of the oxide varies as its thickness increases.     

W、Mo、Pt、Pd探针恒流、恒高模式STM图像比较研究

应用激子动力学方法 ,计算机模拟了 W、Mo、Pt、Pd探针恒流、恒高模式扫描隧道显微镜 (STM)图谱。结果显示出 ,不同探针恒流模式 STM图谱分辨率基本一致 ,而恒高模式的 STM图谱以 Pd探针分辨率较高 ,W、Mo探针次之 ,Pt探针较差     

C60在Ag(111)表面的STM图像理论模拟

本文利用离散变分和局域密度泛函（ＤＶ－ＬＤＦ）方法,通过计算Ｃ６０／Ａｇ（１１１）的电荷密度分布图,即模拟出该体系的ＳＴＭ图像,并详细地研究了体系的电子结构,结果表明,该体系中有２．３２ｅ自金属表面Ａｇ原子向Ｃ６０转移。外电场的极性对图像影响委 正偏压情形,ＬＵＭＯ电荷密度分布图为三个五边形围成则呈三叶状,反映的是体系中吸附分子的对称性,且隧道电流主要来自单键。而ＨＯＭＯ电荷密度分布图具有三重对称