Co to jest mikroskop sondy skanujący?

Mikroskop sondy skanujący to każdy z kilku mikroskopów, które wytwarzają trójwymiarowe obrazy powierzchniowe w bardzo wysokich szczegółach, w tym skalę atomową.W zależności od zastosowanej techniki mikroskopii niektóre z tych mikroskopów mogą również mierzyć właściwości fizyczne materiału, w tym prąd elektryczny, przewodność i pola magnetyczne.Pierwszy mikroskop sondy skanujący, zwany mikroskopem tunelu skanującego (STM), został wynaleziony na początku lat 80.Wynalazcy STM zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki kilka lat później.Od tego czasu wymyślono kilka innych technik opartych na tych samych podstawowych zasadach.

Wszystkie techniki mikroskopii sondy skanowania obejmują niewielkie, ostre skanowanie powierzchni materiału, ponieważ dane są cyfrowo nabywane ze skanowania.Końcówka sondy skanującej musi być mniejsza niż serwis na skanowaniu powierzchni, aby uzyskać dokładny obraz.Te wskazówki należy wymieniać co kilka dni.Zazwyczaj są one montowane na wspornikach, a w wielu technikach SPM mierzony jest ruch wspornika w celu określenia wysokości powierzchni.

W mikroskopii tunelu skanującego nakłada się prąd elektryczny między końcówką skanującą a obrazą powierzchni.Prąd ten jest utrzymywany przez regulowanie wysokości końcówki, generując w ten sposób topograficzny obraz powierzchni.Alternatywnie, wysokość końcówki może być utrzymywana na stałym poziomie, podczas gdy zmieniający się prąd jest mierzony w celu określenia wysokości powierzchni.Ponieważ ta metoda wykorzystuje prąd elektryczny, ma zastosowanie tylko do materiałów, które są przewodami lub półprzewodnikami.

Kilka rodzajów mikroskopu sondy skaningowej znajduje się w kategorii mikroskopii siły atomowej (AFM).W przeciwieństwie do mikroskopii tunelu skanowania, AFM może być stosowany na wszystkich rodzajach materiałów, niezależnie od ich przewodności.Wszystkie rodzaje AFM używają pewnego pośredniego pomiaru siły między końcówką skanowania a powierzchnią w celu wytworzenia obrazu.Zwykle osiąga się to poprzez pomiar ugięcia wspornikowego.Różne typy mikroskopu siły atomowej obejmują kontakt AFM, AFM bez kontaktu i przerywany AFM.Kilka rozważań określa, jaki rodzaj mikroskopii siły atomowej jest najlepszy dla określonego zastosowania, w tym czułość materiału i wielkość próbki, która ma zostać zeskanowana.

Istnieje kilka zmian podstawowych rodzajów mikroskopii siły atomowej.Mikroskopia siły bocznej (LFM) mierzy siłę skręcającą na końcówce skanowania, co jest przydatne do mapowania tarcia powierzchniowego.Mikroskopia pojemności skanowania służy do pomiaru pojemności próbki przy jednoczesnym wytwarzaniu obrazu topograficznego AFM.Przewodzące mikroskopy siły atomowej (C-AFM) wykorzystują końcówkę przewodzącą podobnie jak STM, wytwarzając w ten sposób obraz topograficzny AFM i mapę prądu elektrycznego.Mikroskopia modulacji siły (FMM) służy do pomiaru właściwości sprężystości materiałowej.

Istnieją również inne techniki mikroskopu sondy skaningowej do pomiaru właściwości innych niż powierzchnia trójwymiarowa.Do pomiaru ładunku elektrycznego na powierzchni stosuje się mikroskopy siły elektrostatycznej (EFM).Czasami są one używane do testowania wiórów mikroprocesorów.Skaningowa mikroskopia termiczna (STHM) gromadzi dane dotyczące przewodności cieplnej, a także mapowanie topografii powierzchni.Mikroskopy siły magnetycznej (MFM) mierzą pole magnetyczne na powierzchni wraz z topografią.