Требования к объектам исследования и методы их подготовки

К объектам для исследования на СТМ предъявляются два основных требования: низкая шероховатость поверхности и хорошая проводимость материала.

Требования по шероховатости поверхности регламентируются перемещением зонда сканера по нормали к поверхности объекта, т. е. технической характеристикой микроскопа. При исследованиях с помощью микроскопа СММ-2000Т необходимо, чтобы размах колебаний между впадинами и выступами на поверхности объекта не превышал 2 мкм. В противном случае зонд может или воткнуться в поверхность и разрушиться, или отойти от неё на такое расстояние, при котором протекания туннельного тока невозможно.

Экспериментальным путём установлено, что для существования туннельного тока между зондом и поверхностью её электрическое сопротивление, измеренное между щупами тестера при расстоянии порядка 1 см, не должно превышать 2 кОм.

Из требований к исследуемой поверхности вытекают и методы её подготовки. Во-первых, чтобы поверхность образца была полированной (с шероховатостью порядка = 0,025 мкм). Во-вторых, если сопротивление поверхности превышает 2 кОм, то на неё напыляют тонкую проводящую плёнку толщиной порядка 1 — 4 нм. Для этой цели часто используют графит. При этом разрешение структуры поверхности ухудшается на значение, соответствующее толщине плёнки.

Необходимо иметь в виду, что на большинстве металлов и их сплавов с течением времени образуются оксидные плёнки. Пока их толщина мала, они не мешают наблюдению поверхности металла. Это объясняется тем, что радиус нахождения поверхностного электрона (дебаевский радиус) проводящей поверхности объекта увеличивается до 10 — 20 нм при контакте этой поверхности с диэлектрическим твёрдым телом, каковым является оксидная плёнка.

При больших толщинах плёнки происходит срыв туннельного тока. Для большинства металлов толщина оксидных плёнок начинает превышать 10 — 20 нм через 10 — 30 минут после очистки поверхности, поэтому рекомендуется исследовать образцы на СТМ сразу же после их подготовки.

Покрытие поверхности объекта тонким слоем диэлектрической жидкости не влияет на результат измерения топографии и может быть использовано для консервации рельефа поверхности и предохранения её от внешних воздействий.

В ряде случаев используют специальные методы подготовки объектов к исследованию на СТМ. В первую очередь это относится к биологическим объектам — бактериям, молекулам ДНК и другим, которые исследуются в тонкой прослойке жидкости, где перемещается игла зонда.

Требования к размерам исследуемых объектов определяются конструкциями головки СТМ и держателя образцов. Для рассматриваемого микроскопа СММ-2000Т в качестве образцов рекомендуются пластины площадью примерно 1010 мм и толщиной до 3 мм.