Skip to main content

Co to jest mikroskop z sondą skanującą?

  • Bing

Mikroskop z sondą skanującą jest dowolnym z kilku mikroskopów, które wytwarzają trójwymiarowe obrazy powierzchni z bardzo dużą szczegółowością, w tym w skali atomowej. W zależności od zastosowanej techniki mikroskopowej niektóre z tych mikroskopów mogą również mierzyć właściwości fizyczne materiału, w tym prąd elektryczny, przewodnictwo i pola magnetyczne. Pierwszy skanujący mikroskop z sondą, zwany skaningowym mikroskopem tunelowym (STM), został wynaleziony na początku lat osiemdziesiątych. Wynalazcy STM zdobyli nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki kilka lat później. Od tego czasu wynaleziono kilka innych technik opartych na tych samych podstawowych zasadach.

Wszystkie techniki mikroskopii sond skanujących wymagają niewielkiego, ostrego skanowania powierzchni materiału, ponieważ dane są cyfrowo pozyskiwane ze skanu. Końcówka sondy skanującej musi być mniejsza niż elementy skanowanej powierzchni, aby uzyskać dokładny obraz. Te wskazówki należy wymieniać co kilka dni. Zazwyczaj są one montowane na wspornikach, aw wielu technikach SPM ruch wspornika jest mierzony w celu ustalenia wysokości powierzchni.

W skaningowym mikroskopie tunelowym prąd elektryczny jest przykładany między końcówką skanującą a obrazowaną powierzchnią. Ten prąd jest utrzymywany na stałym poziomie poprzez dostosowanie wysokości końcówki, generując w ten sposób obraz topograficzny powierzchni. Alternatywnie wysokość końcówki może być utrzymywana na stałym poziomie, podczas gdy zmieniający się prąd jest mierzony w celu ustalenia wysokości powierzchni. Ponieważ ta metoda wykorzystuje prąd elektryczny, ma ona zastosowanie tylko do materiałów, które są przewodnikami lub półprzewodnikami.

Kilka rodzajów skanujących mikroskopów sondujących należy do kategorii mikroskopii sił atomowych (AFM). W przeciwieństwie do skaningowej mikroskopii tunelowej, AFM może być stosowany do wszystkich rodzajów materiałów, niezależnie od ich przewodności. Wszystkie typy AFM wykorzystują pośredni pomiar siły między końcówką skanującą a powierzchnią, aby wytworzyć obraz. Zwykle osiąga się to poprzez pomiar ugięcia wspornika. Różne typy mikroskopów sił atomowych obejmują kontaktowy AFM, bezdotykowy AFM i przerywany kontaktowy AFM. Kilka czynników decyduje o tym, który typ mikroskopii sił atomowych jest najlepszy do określonego zastosowania, w tym czułość materiału i wielkość skanowanej próbki.

Istnieje kilka odmian podstawowych rodzajów mikroskopii sił atomowych. Mikroskopia sił bocznych (LFM) mierzy siłę skręcającą na końcówce skanującej, co jest przydatne do mapowania tarcia powierzchniowego. Skaningowa mikroskopia pojemnościowa służy do pomiaru pojemności próbki, jednocześnie wytwarzając obraz topograficzny AFM. Mikroskopy przewodzące siłę atomową (C-AFM) używają przewodzącej końcówki podobnie jak STM, tworząc w ten sposób obraz topograficzny AFM i mapę prądu elektrycznego. Mikroskopia modulacji siły (FMM) służy do pomiaru właściwości sprężystych materiału.

Istnieją również inne techniki mikroskopów skanujących do pomiaru właściwości innych niż trójwymiarowa powierzchnia. Mikroskopy siły elektrostatycznej (EFM) służą do pomiaru ładunku elektrycznego na powierzchni. Są one czasami używane do testowania układów mikroprocesorowych. Skaningowa mikroskopia termiczna (SThM) zbiera dane dotyczące przewodności cieplnej, a także mapuje topografię powierzchni. Mikroskopy siły magnetycznej (MFM) mierzą pole magnetyczne na powierzchni wraz z topografią.