Wachstum und Charakterisierung dünner PTCDA-Filme auf ...

2.4. Rastertunnelmikroskopie (STM)
Der Gleichung 2.4.6 ist zu entnehmen, dass der Tunnelstrom proportional von der lokalen
Zustandsdichte (local density of states (LDOS)) ρ(�rSpitze,EF) der Probenoberfläche
bei der Fermienergie EF am Ort �rSpitze der Sondenspitze abhängt. Da weiterhin die
Wellenfunktion χν exponentiell abklingt, kann sie in z-Richtung entlang der Probenoberflächennormalen
durch folgenden Ausdruck beschrieben werden:
χ ∝ e (−κz) . (2.4.7)
Am Ort der Spitze �rSpitze ist z = R + s, und es ergibt sich mit Gleichung 2.4.6 folgende
Beziehung für den Tunnelstrom:
IT ∝ e −2κs . (2.4.8)
Diese Gleichung ist die fundamentale Gesetzmäßigkeit hinter der STM-Bildgebung und
zeigt, dass der Spitze-Probe-Abstand, wie schon im Falle des eindimensionalen Tunnelprozesses,
die entscheidende exponentielle Abhängigkeit des Tunnelstroms ist.
2.4.3. Funktionsprinzip
In Abb. 2.4.1 ist das Funktionsprinzip eines
STM schematisch dargestellt. Eine metallische
Sondenspitze wird in einem Abstand von wenigen
Ångström über eine leitende Probenoberfläche
geführt. Durch eine angeleget Vorspannung
UT zwischen der Sondenspitze und Probe
wird ein Tunnelstrom induziert. Die Bewegung
der Sondenspitze erfolgt über eine piezoelektrische
Steuereinheit, welche eine gleichmäßige
und präzise Bewegung auf der Nanometerskala
realisiert. Die Position der Spitze wird softwareseitig
in ein Höhenprofil der Probenoberfläche
umgewandelt.
Bandstrukturselektive Messmodi
Abb. 2.4.1: Schematische Darstellung eines
STM [26].
Durch die Regelung der Höhe und Polarität der an der zur untersuchenden Probe angelegten
Vorspannung UT ist es möglich, energieselektive Messungen der LDOS durchzuführen.
In Abb. 2.4.2 ist dieser Sachverhalt für zwei Energiebanddiagramme schematisch
illustriert. Es sind jeweils das Leitungsbandminimum (EC), das Valenzbandmaximum
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