Istnieją trzy podstawowe tryby pracy skaningowego mikroskopu tunelowego, każdy z trybów wyróżnia się zasadą skanowania badanej powierzchni.
Pierwszy z trybów to tryb stałej wysokości, rysunek 1. W tym trybie ostrze przemieszcza się w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny badanej próbki, zachowując przy tym stałą wysokość.
Prąd tunelowy ulega zmianie wraz ze postępującymi zmianami topografii badanej próbki. Zbiór danych tworzony jest na podstawie wartości prądu tunelowego w każdym wyszczególnionym punkcie nad powierzchnią próbki. Dane te służą wykonaniu obrazu topograficznego badanego obszaru powierzchni próbki. Główną zaletą zastosowania tej metody jest jej szybkość w przypadku skanowania gładkich powierzchni w skali atomowej. Jest jednak wysoce podatna na wszelkiego rodzaju defekty powierzchni, które przez wzgląd na stałą wysokość ostrza mogą je uszkodzić [1, 2].
Drugim wyróżniającym się trybem jest tryb stałego prądu. Odległość ostrza od próbki nie musi i w większości przypadków nie jest stała. W celu analizy obszaru stosuje się ujemne sprzężenie zwrotne, które gwarantuje stałą wartość prądu tunelowego w czasie skanowania próbki.
Poprzez płynną regulację napięcia doprowadzanego do skanera regulowana jest odległość skanera od badanej powierzchni próbki. Zbiór danych w tym przypadku oparty jest na wartościach uzyskiwanych dzięki pionowym ruchom ostrza skanującego. Zaletą tej metody jest możliwość bezpiecznej pracy bez kontaktu mechanicznego ostrza z powierzchnią próbki. Daje to możliwość pracy na nieregularnych powierzchniach. Minusem tej metody jest wydłużony czas reakcji uwarunkowany zastosowaniem ujemnego sprzężenia zwrotnego [2].
Trzecim trybem pracy jest tryb spektroskopowy. Zasada działania opiera się na wyznaczeniu zależności pomiędzy natężeniem prądu od przyłożonego napięcia dla konkretnego położenia ostrza. Metoda umożliwia określenie gęstości stanów elektronów badanej powierzchni. Wszystko oparte jest na prawidłowości teoretycznej, która mówi, że pochodna natężenia prądu tunelowego po napięciu jest proporcjonalna do gęstości stanów tych elektronów. Aby dowiedzieć się które ze stanów elektronowych mogą brać udział w procesie tunelowania należy przyłożyć odpowiednie napięcie. Te zależności pozwalają dokonać analizy struktury badanego obszaru powierzchni [2].
Źródła:
[1] R. Czajka, S. Szuba, Skaningowa mikroskopia tunelowa, 1898 pozycja WPP, WPP 1996.
[2] Instytut Fizyki UMCS, Tryby pracy STM, 18.10.2006 r.