6 STM

목차

Ⅰ. INTRODUCTION
II. EXPERIMENT
III. RESULT AND DISCUSSION
IV. CONCLUSION

본문내용

Ⅰ. INTRODUCTION

Scanning Tunneling Microscope(주사터널링현미경, STM)는 취히리 IBM의 비니히와 롤러에 의해 개발되었다. 이 발명으로 그들은 노벨 물리학상을 수상하였다. 원자단위의 해상 도로 표면의 실제 공간 이미지를 보여줄 수 있는 최초의 장치였다.
STM의 경우 칩과 시편 사이에 바이어스 전압이 작용하는 전도성의 예리한 팁을 사용 한다는 점 외에는 앞의 실험에서 사용한 AFM과 유사하다. 팁이 시편으로부터 1nm 거리에 놓이게 되면 샘플의 전자들이 1nm의 틈을 통해 팁 속으로 이동하거나, 바이어스 전하의 극성 에 따라 반대의 경우가 일어나기도 한다. 전자는 에너지 장벽을 넘어 시편으로 통한다. 이처 럼 분자의 파동적 특성을 끌어내면 입자의 경우보다 더 낮은 에너지 상태에서 에너지 장벽을 넘을 수 있게 되는데, 이를 터널링이라고 한다. 터널링 전류는 팁과 시편 사이의 공간에 의해 좌우되며, 터널링 전류신호를 이용하여 STM 이미지를 얻는다. 터널링이 일어나려면 시편과 팁이 모두 전도체 혹은 반도체이어야 한다. AFM과 달리 STM은 절연체를 이미징하는 것이 이론상 불가능하다. 하지만 물 층으로부터 터널링 전류를 만들어내면 절연체도 보이게 할 수 있고, 이는 생물학적 재료에서 중요하다.
일정 높이 모드에서 팁은 시편 위를 수평으로 움직인다. 이때 터널링 전류는 표면의 형 태와 국부적 전기 특성에 의해 좌우된다. 시편 표면 위에 있는 각 위치에서 측정한 터널링 전 류는 표면형태의 이미지를 만든다. 일정 전류 모드에서 STM은 피드백을 통해 각 측정 지점들 에서의 스캐너 높이를 지속적으로 조정해 줌으로써 터널링 전류를 일정하게 유지한다.
터널링 전류는 정확히 표면의 전자밀도에 해당한다. STM은 바이어스 전압에 의해 결 정된 특정 에너지 범위 내에서 표면 주위의 채워진 혹은 채워지지 않은 전자의 수를 감지한 다. 표면 형태를 직접 측정하는 것이 아니라 일정한 터널링의 확률로서 표면을 파악하여 측정 하는 것이다.

참고 자료

Michael Wilson, 나노 기술의 이해, (한티미디어, 2004), p47-48.