Поняття/Принцип/Будова/Особливості скануючого зондового мікроскопа
Скануючий зондовий мікроскоп — збірний термін для різноманітних нових типів зондових мікроскопів (атомно-силовий мікроскоп, електростатичний силовий мікроскоп, магнітно-силовий мікроскоп, скануючий мікроскоп іонної провідності, скануючий електрохімічний мікроскоп тощо), розроблених на основі скануючого тунельного мікроскопа. Це інструмент для аналізу поверхні, розроблений останніми роками на міжнародному рівні.
Принцип і будова скануючої зондової мікроскопії
Основний принцип роботи скануючого зондового мікроскопа полягає у використанні взаємодії між зондом і поверхневими атомами та молекулами зразка, тобто у формуванні різних фізичних полів взаємодії, коли зонд і поверхня зразка близькі до нанорозміру, і отримати морфологію поверхні зразка шляхом визначення відповідних фізичних величин. Скануючий зондовий мікроскоп складається з п'яти частин: зонд, сканер, датчик переміщення, контролер, система детектування та система зображення.
Контролер переміщує зразок вертикально і горизонтально через сканер, щоб стабілізувати відстань (або фізичну величину взаємодії) між зондом і зразком на фіксованому значенні; Одночасно перемістіть зразок у горизонтальній площині xy, щоб зонд сканував поверхню зразка вздовж шляху сканування. Скануючий зондовий мікроскоп виявляє відповідні сигнали фізичної величини взаємодії між зондом і зразком за допомогою системи виявлення, зберігаючи стабільну відстань між зондом і зразком; У разі стабільної взаємодії фізичних величин відстань між зондом і зразком визначається датчиком вертикального переміщення. Система зображення виконує обробку зображення на поверхні зразка на основі сигналу виявлення (або відстані між зондом і зразком).
Відповідно до різних фізичних полів взаємодії між зондом і використовуваним зразком скануючі зондові мікроскопи поділяються на різні серії мікроскопів. Скануюча тунельна мікроскопія (СТМ) і атомно-силова мікроскопія (АСМ) є двома широко використовуваними типами скануючих зондових мікроскопів. Скануючий тунельний мікроскоп виявляє структуру поверхні зразка шляхом вимірювання тунельного струму між зондом і досліджуваним зразком. Атомно-силова мікроскопія виявляє поверхню зразка шляхом виявлення мікродеформації кантилевера, спричиненої силою взаємодії між кінчиком голки та зразком за допомогою фотоелектричного датчика зміщення, який може бути привабливим або відштовхуючим.
Характеристики скануючої зондової мікроскопії
Скануючий зондовий мікроскоп є третім типом мікроскопа, який спостерігає структуру речовини в атомному масштабі, на додаток до польової іонної мікроскопії та трансмісійної електронної мікроскопії високої роздільної здатності. Візьмемо скануючу тунельну мікроскопію (СТМ) як приклад, її поперечна роздільна здатність становить 0.1-0.2 нм, а поздовжня роздільна здатність по глибині – 0.01 нм. Ця роздільна здатність дозволяє чітко спостерігати окремі атоми або молекули, розподілені на поверхні зразка. Між тим, скануючу зондову мікроскопію також можна використовувати для спостереження та дослідження в повітрі, інших газових або рідких середовищах.
Скануючі зондові мікроскопи мають такі характеристики, як атомна роздільна здатність, атомний транспорт і нанофабрикація. Однак через різні принципи роботи різних скануючих мікроскопів результати, які вони отримують, відображають дуже різну інформацію про поверхню зразка. Скануючий тунельний мікроскоп вимірює інформацію про розподіл електронів на поверхні зразка, який має роздільну здатність на атомному рівні, але все ще не може отримати справжню структуру зразка. Атомна мікроскопія виявляє інформацію про взаємодію між атомами, щоб отримати інформацію про розташування атомів на поверхні зразка, що є справжньою структурою зразка. З іншого боку, атомно-силова мікроскопія не може виміряти інформацію про електронний стан, яку можна порівняти з теорією, тому обидва мають свої сильні та слабкі сторони.
