第3章

掃描式穿隧電流顯微鏡

(Scanning Tunneling Microscope, STM)

原理

STM為最早發明的掃描式探針顯微鏡，是由Gerd Binnig和Heini Rohrer在1982年所發明，其原理為利用金屬探針逼近導電性試片表面時會產生極小的穿隧電流(Tunneling current) ，而且穿隧電流的大小與探針離表面的高度有關(圖3-1) ，利用控制一定的穿隧電流量讓探針掃描時維持一定的高度，如此掃描器的Z軸就可以描繪出表面高度的變化，再結合XY軸的變化就可以描繪出3D的表面結構。

圖3-1  STM成像原理[1]

因此Gerd Binnig和Heini Rohrer所發明的技術不但成功的描繪出原子的影像，並於1986年獲得諾貝爾物理獎的殊榮。STM所描繪出之影像一般認為是材料表面電子雲的分布，而STM之最大缺點為試片必須為導電材質因而受限。

應用

圖3-2  STM所描繪的原子影像[1]

a.原子影像之取得：如圖3-2所示。

b.原子操控技術

圖3-3是IBM在蘇黎世的研究小組在低溫下:利用STM在銅表面將鐵原子排列成中文"原子"的圖案，成功完成表面原子的單原子操控技術。掃描探針顯微鏡由於可達到原子級或奈米級的解析力，而且進行測量與加工所需的能量差別不大，因此同一系統幾乎可同時進行奈米量測與奈米加工，是未來奈米技術最重要的基礎關鍵技術之一。