РАДИОЭЛЕКТРОНИКА
УДК 621.382.001.63
Н. В. Г у р к и н, В. А. Ш а х н о в
УСИЛЕНИЕ СЛАБЫХ СИГНАЛОВ В
СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ
При разработке туннельных и атомно-силовых зондовых микро-
скопов возникает необходимость усиления сверхмалых токов, ле-
жащих в пикоамперном диапазоне. Предложена схема трансимпе-
дансного усилителя с отрицательным дифференциальным сопро-
тивлением, исследованы режимы его функционирования.
Принцип действия туннельного микроскопа основан на хорошо
известном в квантовой механике принципе туннелирования электро-
нов через диэлектрический барьер в системе “Металл–диэлектрик–
металл” (рис. 1) [1].
Если электроды находятся под одним потенциалом, то система
пребывает в термодинамическом равновесии и уровни Ферми элек-
тродов совпадают. При подаче разности потенциалов ток в такой си-
стеме может появиться либо в результате перекрытия электронных
облаков (при малых напряжениях и малых расстояниях, когда фор-
ма барьера практически не меняется), либо в результате автоэмиссии
– вырыванием электронов из металла сильным полем, когда барьер
Рис. 1. Энергетические уровни в системе
“Металл–диэлектрик–металл” в состоя-
нии равновесия при отсутствии смеще-
ния
принимает несимметричную
(треугольную) форму и эффек-
тивная толщина его при этом
уменьшается (рис. 2).
В сканирующем туннельном
микроскопе (СТМ) в качестве
одного из электродов выступа-
ет исследуемый образец, кото-
рый должен быть проводящим
(металл, полупроводник, тон-
кая туннельно-прозрачная плен-
ка диэлектрика на поверхности
проводника, материал сболь-
шой поверхностной проводимо-
стью и т.п.). В качестве другого
электрода (зонда) используется
заточенная в идеале до 1 атома
на кончике игла, изготовляемая
40 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2008. № 2
