Hva er en Scanning Probe Microscope?

November 12  by Eliza

En scanning mikroskop probe er en hvilken som helst av flere mikroskoper som produserer tre-dimensjonale overflate bilder i meget høy detalj, inkludert atommålestokk. Avhengig av mikros teknikk som brukes, kan noen av disse mikroskop også måle fysiske egenskaper til et materiale, herunder elektrisk strøm, ledningsevne og magnetiske felt. Den første scanning probe mikroskop, kalt en scanning tunnel mikroskop (STM), ble oppfunnet på begynnelsen av 1980-tallet. Oppfinnerne av STM vant Nobelprisen i fysikk for noen år senere. Siden den gang, flere andre teknikker, basert på de samme grunnleggende prinsipper, har blitt oppfunnet.

Alle skanning mikrosonde teknikker omfatter en liten, skarp spiss-scanning av overflaten av materialet, som data som er digitalt ervervet fra skanningen. Tuppen av scanning probe må være mindre enn egenskapene på overflaten som skal skannes, for å frembringe et nøyaktig bilde. Disse tipsene må skiftes hver dagene. De er vanligvis montert på utkraginger, og i mange SPM-teknikker, er bevegelsen av braket målt for å bestemme høyden av overflaten.

I skanning tunnel mikroskopi, er en elektrisk strøm som brukes mellom skanning tips og overflaten som avbildes. Denne strømmen blir holdt konstant ved å justere høyden av spissen, og dermed generere et topografisk bilde av overflaten. Alternativt kan høyden av spissen holdes konstant, mens den endrede strømmen måles for å bestemme høyden av overflaten. Etter denne metoden bruker elektrisk strøm, er det bare gjelder materialer som er ledere eller halvledere.

Flere typer scanning probe mikroskop faller under kategorien atomic force mikroskopi (AFM). I motsetning til skanning tunnel mikroskopi, kan AFM brukes på alle typer materialer, uavhengig av deres ledningsevne. Alle typer av AFM bruke noen indirekte måling av kraften mellom skannespissen og overflaten for å frembringe bildet. Dette oppnås vanligvis ved en måling av braket avbøyning. De ulike typer av atommikroskop inkluderer kontakt AFM, ikke-kontakt AFM, og periodisk kontakt AFM. Flere betraktninger bestemme hvilken type atomkraftmikroskopi som er best for en spesiell anvendelse, herunder følsomheten av materialet og størrelsen av prøven som skal skannes.

Det er noen variasjoner på de grunnleggende typer atomic force mikroskopi. Lateral kraft mikroskopi (LFM) måler vridning kraft på skanning spissen, som er nyttig for å kartlegge overflatefriksjon. Scanning kapasitans mikroskopi blir brukt for å måle kapasitansen av prøven samtidig produsere en AFM topografisk bilde. Ledende atomic force mikroskop (C-AFM) bruker en ledende spiss mye som STM gjør, og dermed produsere en AFM topografisk bilde og et kart over den elektriske strømmen. Force modulemikroskopi (FMM) brukes til å måle en materialenes elastiske egenskaper.

Andre scanning probe mikroskop teknikker finnes også for å måle andre enn tredimensjonal overflate-egenskaper. Elektrostatisk kraft mikroskoper (EFM) brukes for å måle den elektriske ladningen på en flate. Disse er noen ganger brukt til å teste mikrobrikker. Skanning termisk mikroskopi (SThM) samler inn data om varmeledningsevne samt kartlegge topografien i overflaten. Magnetisk kraft mikroskoper (MFM) måle det magnetiske feltet på overflaten sammen med topografien.