Sondes nanométriques
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que la distance entre ces deux atomes soit inférieure à 1 nm qui correspond à une
haute probabilité d’échange d’électrons par effet tunnel.
Le principe d’un STM est simple. On positionne une sonde en forme de pointe
fine faite d’un métal réfractaire, du tungstène par exemple, à une distance de l’ordre
de 1 nm de la surface. Contrairement aux autres méthodes d’analyse de surface, on
n’a pas besoin d’autres particules comme des RX, électrons ou ions. La difficulté
est de contrôler la distance entre la pointe et l’échantillon pendant le déplacement
de la sonde malgré les vibrations de l’ensemble du dispositif expérimental. En
appliquant une tension de polarisation entre ces deux électrodes, on provoque un
déséquilibre de leurs niveaux de Fermi. Un courant tunnel I va s’écouler de la surface vers la pointe si la pointe est polarisée positivement par rapport à la surface, ou
vice versa pour une polarisation inverse. Le courant I est de quelques nA dans les
conditions expérimentales habituelles.
Comme l’indique la figure 7.3, la pointe de la sonde est déplacée parallèlement à
la surface (directions x et y ) et perpendiculairement (direction z ) à celle-ci par un dispositif de trois céramiques piézo-électriques en Pb(Ti,Zr)O 3 (PZT) solidaires. On trouve
plus d’informations sur la piézo-élasticité dans le volume 16 du Traité des Matériaux.
Le contrôle fin de la distance pointe – échantillon et le balayage de la pointe
devant l’échantillon requièrent un dispositif de déplacement de la pointe dans les
trois directions de l’espace. Ces déplacements sont assurés par un trièdre constitué
de trois barres en matériau céramique piézo-électrique métallisées chacune sur les
deux faces opposées. Lorsque l’on applique une tension entre les deux faces métallisées d’une de ces barres, celle-ci s’allonge de 1,5 nm par volt pour les mouvements en x et y et de 2 nm pour le mouvement en z . L’excursion maximale admise
en x , y est définie par le champ de claquage du matériau et vaut environ 100 µ m, ce
qui requiert des tensions d’environ 500 V.
cristaux
piézo
pointe
objet
y
z
x
Fig. 7.3 Principe du STM: la pointe (sonde) est déplacée par 3 tensions indépendantes appliquées à
3 acteurs piézo-électriques (x, y, z).
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que la distance entre ces deux atomes soit inférieure à 1 nm qui correspond à une
haute probabilité d’échange d’électrons par effet tunnel.
Le principe d’un STM est simple. On positionne une sonde en forme de pointe
fine faite d’un métal réfractaire, du tungstène par exemple, à une distance de l’ordre
de 1 nm de la surface. Contrairement aux autres méthodes d’analyse de surface, on
n’a pas besoin d’autres particules comme des RX, électrons ou ions. La difficulté
est de contrôler la distance entre la pointe et l’échantillon pendant le déplacement
de la sonde malgré les vibrations de l’ensemble du dispositif expérimental. En
appliquant une tension de polarisation entre ces deux électrodes, on provoque un
déséquilibre de leurs niveaux de Fermi. Un courant tunnel I va s’écouler de la surface vers la pointe si la pointe est polarisée positivement par rapport à la surface, ou
vice versa pour une polarisation inverse. Le courant I est de quelques nA dans les
conditions expérimentales habituelles.
Comme l’indique la figure 7.3, la pointe de la sonde est déplacée parallèlement à
la surface (directions x et y ) et perpendiculairement (direction z ) à celle-ci par un dispositif de trois céramiques piézo-électriques en Pb(Ti,Zr)O 3 (PZT) solidaires. On trouve
plus d’informations sur la piézo-élasticité dans le volume 16 du Traité des Matériaux.
Le contrôle fin de la distance pointe – échantillon et le balayage de la pointe
devant l’échantillon requièrent un dispositif de déplacement de la pointe dans les
trois directions de l’espace. Ces déplacements sont assurés par un trièdre constitué
de trois barres en matériau céramique piézo-électrique métallisées chacune sur les
deux faces opposées. Lorsque l’on applique une tension entre les deux faces métallisées d’une de ces barres, celle-ci s’allonge de 1,5 nm par volt pour les mouvements en x et y et de 2 nm pour le mouvement en z . L’excursion maximale admise
en x , y est définie par le champ de claquage du matériau et vaut environ 100 µ m, ce
qui requiert des tensions d’environ 500 V.
cristaux
piézo
pointe
objet
y
z
x
Fig. 7.3 Principe du STM: la pointe (sonde) est déplacée par 3 tensions indépendantes appliquées à
3 acteurs piézo-électriques (x, y, z).