Rastertunnelmikroskopie an epitaktischen Eisenschichten auf MgO ...

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

2 Theoretische Grundlagen 2.1 Rastertunnelmikroskopie onsvariable ǫ. Das von Bardeen gezeigte Matrixelement M ist gegeben durch � dS � ψ ∗ µ∇ψν −ψν∇ψ ∗ � µ (2.10) Mµ,ν = �2 2m O wobei es sich bei ψs,ψt um die Wellenfunktionen von Probe und Spitze handelt. Das System wird für Probe und Spitze unabhängig von einander gelöst und dann mit Hilfe des Matrixelementes M (Gleichung (2.10)) verbunden. Für kleine Spannungen, wie sie beim STM meistens vorkommen, vereinfacht sich Gleichung (2.8) zu It = 4πe � � eV 0 ρs(EF −eV +ǫ)ρt(EF +ǫ)M 2 dǫ. (2.11) Hat die Spitze eine geringe Zustandsdichte, ist ρt im betrachteten Energiebereich als konstant anzusehen. Dies vereinfacht Gleichung (2.11) zu It ∝ Vρs(EF −eV). (2.12) Das zeigt, dass der Tunnelstrom hauptsächlich von der Zustandsdichte (LDOS) der Probe an der Fermi-Kante abhängt. 2.1.3 Messprinzip Der grundlegende Aufbau eines Rastertunnelmikroskops ist in Abbildung (2.3) dargestellt. Das wichtigste Bauteil ist der Scankopf mit der Messspitze. Er besteht im Modell aus drei Piezokristallen, einen für jede Raumrichtung, und dient dazu, die Messspitze zu positionieren. Auf Grund des Piezoeffekts kann durch Anlegen einer Spannung an den Kristall die Länge des Kristalls verändert werden. Da diese Längenänderungen sehr klein sein können und sehr präzise ausgeführt werden, ist eine Positionierung auf atomarer Skala möglich. In der Praxis wird nur ein Piezo verwendet, an den für jeden Raumrichtung Spannungen angelegt werden. Die Spitze ist das eigentliche Messinstrumemt, sie wird in einem Raster über die Oberfläche geführt und dabei der Tunnelstrom gemessen. Im Idealfall besteht das Ende der Spitze nur aus einem einzigen Atom, um die maximale Auflösung zu erreichen. Der Tunnelstrom wird über einen Vorverstärker an die Steuerungselektronik geleitet, die dann die Auslenkung der Piezoaktoren regelt. Wie die Steuerung auf den Strom reagiert, hängt von den verschieden Scan-Methoden ab. Der Computer, der mit der Steuerungselektronik verbunden ist bestimmt den Scan-Modus und die Parameter für die Regelung zwischen Tunnelstrom und Piezo-Auslenkung. Gleichzeitig zeichnet er den Tunnelstrom und Piezo-Auslenkung auf und visualisiert den Verlauf. Wie das aufbereitete Signal aussieht und welche Informationen darin enthalten sind, ist vom Messmodus abhängig. 2.1.4 Constant Height Mode IndiesemBetriebsmodusrastertdieSpitzedesMikroskopsineinerkonstantenHöhe überdieProbenoberfläche.DieshatdenVorteil,dassderPiezofürdieZ-Auslenkung 7
2.1 Rastertunnelmikroskopie 2 Theoretische Grundlagen a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a Computer Regelelektronik und Datenerfassung Vertärker Probenspannung X-Piezo Y-Piezo Z-Piezo Tunnelstrom Messspitze Probe Abbildung 2.3: Schematischer Aufbau eines Rastertunnelmikroskops. Der Piezo, an dem die Messspitze befestigt ist, lässt sich durch Anlegen einer Spannung auslenken. Mit der Ansteuerung ist es möglich die Messspitze in einem Raster über die Oberfläche zu bewegen. Liegt zwischen Probe und Spitze eine Spannung an, lässt sich ein Tunnelstrom messen. Der Tunnelstrom wird von der Steuerung erfasst und in Abhängigkeit des Abstandes mit Hilfe des Computers aufgezeichnet und visualisiert. nichtverändertwird.HierbeiwirddieZeit,diedieRegelschleifebenötigt,eingespart und somit sind wesentlich höhere Abtastraten möglich. Dies ist zum Beispiel von großem Interesse, wenn Video-STM betrieben werden soll. Dieser Messmodus funktioniert nur, wenn die Probenoberfläche eben ist, sonst wäre das Risiko zu groß, dass die Messspitze die Oberfläche berührt und neu präpariert werden müsste. Ein weiterer Nachteil ist der technische Aufwand, der für diese Messmethode betrieben werden muss, um Störgrößen wie Umgebungsschwingungen oder thermischen Drift von Probe und Piezo-Motor zu kompensieren beziehungsweise zu minimieren. 2.1.5 Constant Current Mode Dieser Betriebsmodus wird in den meisten Fällen verwendet. Die Messspitze rastert über die Oberfläche, während der Tunnelstrom konstant gehalten wird. Dies geschieht durch Nachführung des Z-Piezo. Eine Regelschleife prüft nach jeder Messung, ob der Strom dem vorgegebenen Wert entspricht, und passt unmittelbar die Entfernung der Spitze zur Oberfläche an, bis der Sollstrom erreicht ist. Diese Nachführungen enthalten Informationen über die Topologie und die elektronische Zustandsdichte der Probe. Topologie und Zustandsdichte sind dabei eng miteinander verknüpft, so dass das resultierende STM-Bild immer eine Mischung aus beiden darstellt. 8
Seite 1 und 2: Rastertunnelmikroskopie an epitakti
Seite 3 und 4: Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und
Seite 5 und 6: 1 Einleitung und Motivation 1 Einle
Seite 7 und 8: 2 Theoretische Grundlagen 2 Theoret
Seite 9: 2.1 Rastertunnelmikroskopie 2 Theor
Seite 13 und 14: 2.2 Beugung niederenergetischer Ele
Seite 15 und 16: 2.3 Photoelektronenspektroskopie 2
Seite 17 und 18: 2.3 Photoelektronenspektroskopie 2
Seite 19 und 20: 3 Materialsystem 3 Materialsystem B
Seite 21 und 22: 3.2 Wachstumsprozesse auf Oberfläc
Seite 23 und 24: 4 Experimentelle Grundlagen 4 Exper
Seite 25 und 26: 4.3 Der Probenhalter 4 Experimentel
Seite 27 und 28: 4.5 Die XPS Apparatur 4 Experimente
Seite 29 und 30: 4.6 Verdampfen von Eisen 4 Experime
Seite 31 und 32: 5 Messergebnisse 5 Messergebnisse I
Seite 33 und 34: 5.1 Voruntersuchungen an HOPG 5 Mes
Seite 35 und 36: 5.2 Charakterisierung des Substrate
Seite 37 und 38: 5.3 Eisen auf MgO(100) 5 Messergebn
Seite 55 und 56: 6 Zusammenfassung und Ausblick 6 Zu
Seite 57 und 58: Literatur [14] Wilkens, Henrik: Rö

Rastertunnelmikroskopie an epitaktischen Eisenschichten auf MgO ...

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?