1.3.1 Вольт-амперная характеристика

Измерение зависимости туннельного тока от прикладываемого напряжения между зондом и образцом осуществляется в режиме спектроскопия . В основе спектроскопии лежит зависимость туннельного тока от числа состояний ,образующих туннельный контакт проводников в интервале энергий от уровня Ферми to (рис. 1), что при согласно формуле (7) пункта 1.2.1определяется как

(1)

Таким образом, зависимость туннельного тока при постоянном значении зазора между остриём и образцом, отражает картину распределения оборванных связей, а также других электронных состояний, отвечающих разным энергиям, т. е. энергетическому спектру либо иглы, либо поверхности. Функция , определенная в пункте 1.2.1 выражением (6), зависит от плотности заполнения электронных состояний, плоскости фазового пространства, перпендикулярного направлению туннелирования при заданном значении .

Рис. 1.  Модель потенциального барьера произвольной формы в системе МДМ. Положительный потенциал приложен к правому металлу

В частности, по зависимости туннельного тока при постоянном значение зазора , между остриём и образцом, согласно выражению (1), можно вычислить плотность электронных состояний:

(2)

Таким образом, характер изменения зависимости  и её производной  позволяют найти распределение энергетических уровней с атомарным разрешением. Это даёт возможность судить о типе проводимости, в частности для полупроводников – установить валентную зону, зону проводимости, примесную зону [1–3].

Согласно формулам (2) и (3) пункта 1.2.2, при напряжении  туннельная проводимость  не зависит от прикладываемого напряжения

(3)

при зависимость от параболическая

(4)

На рисунках 2, 3 представлены экспериментальные зависимости , полученные на Pt и ВОПГа образцах Pt-Ro зондом на СЗМ Solver P47. Полученные данные хорошо согласуются с теоретическими зависимостями (1)–(4) (сплошные кривые рис. 2а, 3а).

Рис. 1а.  Экспериментальная (точки) и теоретическая (сплошная линия) зависимости для Pt	Рис. 1б.  Экспериментальная зависимость для  Pt
Рис. 2а.  Экспериментальная (точки) и теоретическая (сплошная линия) зависимости для ВОПГа	Рис. 2б.  Экспериментальная зависимость для ВОПГа

Выводы.

• Туннельная вольт-амперная характеристика отражает число электронных состояний и их распределение в энергетическом спектре электродов, образующих туннельный контакт.
• Дифференциальная проводимость G пропорциональна плотности электронных состояний. При малых напряжениях  G не зависит от прикладываемого напряжения (3). При промежуточных напряжениях зависимость G  от прикладываемого напряжения параболическая (4).
• Экспериментальные вольт-амперные и дифференциальные характеристики качественно согласуются с теорией.

Литература.

1. G. Binnig., H. Rohrer. Scanning tunneling microscopy // Helv. Phys. Acta. - 1982, - V. 55 726.
2. Э. Бурштейн., С. Лундквист. Туннельные явления в твёрдых телах // М.: Мир, 1973.
3. Е. Вольф Принципы электронной туннельной спектроскопии.// Киев: "Наукова Думка", 1990, 454 с.