Τι είναι ένα μικροσκόπιο ανίχνευσης σάρωσης;

Ένα μικροσκόπιο ανίχνευσης σάρωσης είναι οποιοδήποτε από τα διάφορα μικροσκόπια που παράγουν τρισδιάστατες επιφανειακές εικόνες με πολύ υψηλές λεπτομέρειες, συμπεριλαμβανομένης της ατομικής κλίμακας.Ανάλογα με την τεχνική μικροσκοπίας που χρησιμοποιείται, μερικά από αυτά τα μικροσκόπια μπορούν επίσης να μετρήσουν τις φυσικές ιδιότητες ενός υλικού, συμπεριλαμβανομένου του ηλεκτρικού ρεύματος, της αγωγιμότητας και των μαγνητικών πεδίων.Το πρώτο μικροσκόπιο ανίχνευσης σάρωσης, που ονομάζεται μικροσκόπιο σήραγγας σάρωσης (STM), εφευρέθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1980.Οι εφευρέτες του STM κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική λίγα χρόνια αργότερα.Από τότε, έχουν εφευρεθεί αρκετές άλλες τεχνικές, που βασίζονται στις ίδιες βασικές αρχές.Η άκρη του ανιχνευτή σάρωσης πρέπει να είναι μικρότερη από τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας που σαρώνεται, προκειμένου να παραχθεί μια ακριβής εικόνα.Αυτές οι συμβουλές πρέπει να αντικατασταθούν κάθε λίγες μέρες.Συνήθως τοποθετούνται σε πρόβολα και σε πολλές τεχνικές SPM, η κίνηση του προβόλου μετράται για τον προσδιορισμό του ύψους της επιφάνειας.Αυτό το ρεύμα διατηρείται σταθερό ρυθμίζοντας το ύψος του άκρου, δημιουργώντας έτσι μια τοπογραφική εικόνα της επιφάνειας.Εναλλακτικά, το ύψος του άκρου μπορεί να διατηρηθεί σταθερό ενώ το μεταβαλλόμενο ρεύμα μετριέται για να προσδιοριστεί το ύψος της επιφάνειας.Δεδομένου ότι αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα, ισχύει μόνο για υλικά που είναι αγωγοί ή ημιαγωγοί.Σε αντίθεση με τη μικροσκοπία σήραγγας σάρωσης, το AFM μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλα τα είδη υλικών, ανεξάρτητα από την αγωγιμότητά τους.Όλοι οι τύποι AFM χρησιμοποιούν κάποια έμμεση μέτρηση της δύναμης μεταξύ της άκρης σάρωσης και της επιφάνειας για να παράγουν την εικόνα.Αυτό συνήθως επιτυγχάνεται μέσω μιας μέτρησης της εκτροπής του προβόλου.Οι διάφοροι τύποι μικροσκοπίου ατομικής δύναμης περιλαμβάνουν επαφή AFM, μη επαφή AFM και διαλείπουσα επαφή AFM.Αρκετές εκτιμήσεις καθορίζουν ποιος τύπος μικροσκοπίας ατομικής δύναμης είναι ο καλύτερος για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, συμπεριλαμβανομένης της ευαισθησίας του υλικού και του μεγέθους του δείγματος που θα σαρωθεί.

Υπάρχουν μερικές παραλλαγές στους βασικούς τύπους μικροσκοπίας ατομικής δύναμης.Η μικροσκοπία πλευρικής δύναμης (LFM) μετρά τη δύναμη συστροφής στην άκρη σάρωσης, η οποία είναι χρήσιμη για τη χαρτογράφηση της τριβής της επιφάνειας.Η μικροσκοπία χωρητικότητας σάρωσης χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της χωρητικότητας του δείγματος, ενώ παράλληλα παράγει μια τοπογραφική εικόνα AFM.Τα αγώγιμα μικροσκόπια ατομικής δύναμης (C-AFM) χρησιμοποιούν μια αγώγιμη άκρη όπως το STM, παράγοντας έτσι μια τοπογραφική εικόνα AFM και έναν χάρτη του ηλεκτρικού ρεύματος.Η μικροσκοπία διαμόρφωσης δύναμης (FMM) χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των ελαστικών ιδιοτήτων ενός υλικού.Τα μικροσκόπια ηλεκτροστατικής δύναμης (EFM) χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ηλεκτρικού φορτίου σε μια επιφάνεια.Αυτά χρησιμοποιούνται μερικές φορές για τη δοκιμή τσιπ μικροεπεξεργαστών.Η θερμική μικροσκοπία σάρωσης (STHM) συλλέγει δεδομένα σχετικά με τη θερμική αγωγιμότητα καθώς και τη χαρτογράφηση της τοπογραφίας της επιφάνειας.Τα μικροσκόπια μαγνητικής δύναμης (MFM) μετρούν το μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια μαζί με την τοπογραφία.