STM

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STM에 대한 조사글입니다.

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본문내용

Nano technology의 발전은 작은 원자의 세계를 볼 수 있는 능력이 발전하면서 가속화
되어 왔는데, 그 것을 가능하도록 해준 기자재 중 가장 핵심적인 역할을 해온 것이 STM (Scanning Tunneling Microscope)과 AFM(Atomic Force Microscope)이라는 기계이다. 이 둘을 통칭하여 SPM(Scanning Probe Microscope)라고 부른다. 이들 기자재를 이용하면 물질 표면에 있는 원자들의 모양을 볼 수 있는데, 그 첫 발자국은 1981년 IBM 취리히 연구소 (http://www.zurich.ibm.com/)의 게르트 비니히(Gerd K.Binnig)와 하인리히 로러(Heinrich Rohrer)가 STM을 발명하면서 시작되었다. 분자 크기의 소자(device)의 세계로 들어가기 위해서는 이와 같이 작은 스케일의 경치를 조망하는 것이 필요했고, 비니히와 로러의 STM은 새로운 길을 열어주었다.
STM은 원래 물질의 표면을 시각화하기 위한 도구로 개발되었다. 이 현미경의 개발로
그 전에는 볼 수 없었던 원자 단위 정도의 아주 작은 물질까지도 관찰할 수 있게 되었으며, 결과적으로 원자, 분자 관련 연구에 큰 기여를 하게 되었다. 그런데, 이렇게 관찰 목적으로 주로 쓰이던 주사 터널 현미경이 원자나 분자를 조작할 수도 있다는 사실이 알려지면서
이 현미경에 대한 관심이 더욱 커지고 있다. 더욱이, 원자를 조작한 뒤, 조작된 후의 모습을 다시 현미경으로 시각화 할 수 있기 때문에 조작과 시각화라는 두 가지 일을 동시에 할 수 있다는 점에서 많은 관심을 끌고 있으며 nano technology의 부흥에도 큰 역할을 해왔다.
STM은 최초로 개발된 주사탐침 현미경으로서 시료와 탐침(Probe)과의 거리가 매우 근접 되었을 때 시료와 탐침사이에 흐르는 턴넬(tunnel)전류를 이용하여 시료표면의 궤적을 주사하여 형상화 하는 기능이다. 여기서 주사탐침이라는 말에 대한 이해를 돕기 위하여 scanning을 주사로 표현되어 있는 비슷한 경우를 찾으면 CRT모니터를 들 수 있다. CRT
STM은 tip을 지탱하는 캔틸레버와 전도체인 tip 및 전기회로로 구성된다. 본체인 컨틸레버는 수 Å의 정확도를 가지고 움직이는데 각각의(x,y,z)에서 시료와 tip사이의 전류 (It)를 측정한다. Toporgraph모드에서는 (x,y)위치를 고정시킨 채, z를 변화시키는 데 도체인 시료의 표면에 가느다란 텅스텐이나 백금 선을 부식 시킨 다음, 그 끝에 원자 몇 개만 있게 한 탐침을 원자 한두 개 크기 정도의 거리 이내로 접근시키고 양단간에
약간의 전압을 걸면 tunneling현상에 의해 전류가 흐르게 된다. 전류는 표면 원자 중 가장 가까운 원자와 tip사이에 흐르게 되며, 이로 인해 STM은 높은 해상도를 지니게 된다. 컴퓨터는 전류가 흐르게 되는 z의 위치를 저장시키게 되고, 새로운 x,y위치에서 동일한 분석을 반복하게 된다. 결과적으로 시료와 tip사이에 일정한 전류를 발생시키는 높이 z를 측정하여 3차원의 이미지를 얻게 된다. 이 기술은 도체나 반도체에 제한된다.모니터를 보면 3개의 전자총이 브라운관을 좌우로 왔다 갔다 하며 빔을 쏘는데.. 이때 좌우로 왔다 갔다 하는 것을 주사라고 한다. 간단히 설명하면 뜨개질 하듯이 좌우로 왔다 갔다 하며 선을 그으면서 약간씩 올라가면 전체 면을 확인할 수 있다는 의미다.

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