양자역학,양자화학 - STM의 원리(Tunneling Effect)

❖ STM(Scanning Tunneling Microscopy)

․ 1981 아이비엠연구소(쥬리히)의 비니히 게르트(Gerd Binnig), 로레르 하인리히(Heinrich Rohrer)가 발명.
․ 1986 비니히왿� 로레르는 전자현미경을 발명한 루스카왿� 함께 노벨 물리학상 수상.
․ STM은 원자단위로 물질 표면의 실 공간 영상을 재현한 첫 번째 기기이다. (최초로 개발된 주사탐침 현미경)
<비니히> <로레르>

❖ Tunneling Effect
․ 부도체를 사이에 두고 떨어져 있는 물질 사이에 전기가 흐르는 현상.
․ 더욱 강한 전기장을 가하면 장벽의 두께가 얇아져 장벽을 뛰어 넘을 만큼의 충분한 에너지를 가지지 못한 전자라도 장벽을 뚫고 나오는 현상.
❖ STM의 원리

도전체 표면에 가느다란 텅스텐이나 백금선을 부식 시켜 그 끝에 원자 몇 개만 있게 한 탐침 (STM TIP)을 원자 한 두개크기 정도의 거리 이내로 접근시키고 양단간에 약간의 전압을 걸면 터널링 현상에 의한 전류가 발생한다.

STM은 바로 이러한 도전성 팁과 샘플사이의 터널링 전류가 이들 사이의 거리왿� 지수적인 관계, 즉 I∼Ve-cd 이라는 사실에 원리의 근거를 둔다. 여기서 I=터널링전류, V=팁과 샘플간의 전압편차, C=상수, d=팁과 샘플의 떨어진 거리이다. 팁이 샘플표면을 주사할 때 팁은 다른 높이의 샘플 형상을 만나는데 이러한 다른 형상이 터널링 전류에 지수 적인 변화를 주면 그림과 같이 귀환회로에 의해 이 높이의 변화는 초기에 설정한 전류값 초기에 설정한(팁과 샘플의 떨어진 거리)에 도달될 때까지 각(x, y) 데이터 지점에서 스캐너를 수직방향으로 움직여 일정한 터널링 전류가 되게 하면서 각(x, y) 데이터 지점에서의 스캐너의 수직위치를 컴퓨터에 저장하여 샘플표면의 삼차원영상을 얻는 원리인데 표면의 기하학적인 구조뿐만 아니라 전기적 특성의 측정도 가능하다.