Причины и источники шумов туннельного микроскопа (часть 2).

3. Фликкер шум

Фликкер шум присутствуют во многих физических системах. Его природа до конца не исследована, а механизмы возникновения специфичны для каждой системы и обусловлены ее физикой.

Установлено, что спектральная плотность фликкер шума описывается зависимостью:

Откуда следует, что при малых частотах он становится достаточно большим (см рис 1). Этот шум является преобладающим в туннельной микроскопии.

Рис 1. Зависимость спектральной плотности фликкер шума от частоты.

Для того, чтобы рассчитать спектральную плотность шума сопротивления, можно воспользоваться формулой Хоухе:

,

где N – число носителей заряда,

R – сопротивление перехода,

α – эмпирический коэффициент.

Из опытов было установлено, что для металлов значение α ~ 2*10^-3.

Для того, чтобы получить значение I_ш необходимо проделать следующие математические выкладки:

.

Из закона Ома следует:

Рассмотрим, для примера, два образца, первый из которых состоит из золота, а второй из высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ).

Если сканирование ведется при постоянном токе, т.е. I = const, то для обоих образцов дробовой шум будет одинаковым, т.к.

.

В случае же если выбран способ сканирования, при котором поддерживается постоянное расстояние между образцом и иглой, т.е. R_{перехода} = const, будет одинаковым тепловой шум, т.к.

.

Однако, при том и другом способе сканирования фликкер шум у образца из золота будет больше, чем у образца из ВОПГ. Это связано с тем, что на поверхности золота происходит диффузия.

Для того, чтобы снизить фликкер шумы с в сканирующем туннельном микроскопе необходимо устанавливать различные фильтры, обрезающие низкие частоты.

4. Шумы электроники

Т.к. одной из основных частей сканирующего туннельного микроскопа является электроника, то необходимо учитывать шумы, связанные с ней.

Единственным способом борьбы с такого родом шума является совершенствование электрических схем и приборов. В последние двадцать лет удалось разработать электрические схемы, уровень шумов в которых составляет 10^-14 А.