Концепция/Принцип/Структура/Характеристики на сканиращия сондов микроскоп
Сканиращият сондов микроскоп е сборен термин за различни нови видове сондови микроскопи (атомно-силов микроскоп, електростатичен силов микроскоп, магнитен силов микроскоп, сканиращ микроскоп за йонна проводимост, сканиращ електрохимичен микроскоп и др.), разработени на базата на сканиращия тунелен микроскоп. Това е инструмент за повърхностен анализ, разработен в международен мащаб през последните години.
Принципът и структурата на сканиращата сондова микроскопия
Основният принцип на работа на сканиращия сондов микроскоп е да използва взаимодействието между сондата и повърхностните атоми и молекули на пробата, т.е. да формира различни физически полета на взаимодействие, когато сондата и повърхността на пробата са близо до наномащаба, и да се получи повърхностната морфология на пробата чрез откриване на съответните физични величини. Сканиращият сондов микроскоп се състои от пет части: сонда, скенер, сензор за изместване, контролер, система за откриване и система за изображения.
Контролерът движи пробата вертикално и хоризонтално през скенер, за да стабилизира разстоянието (или физическата величина на взаимодействие) между сондата и пробата на фиксирана стойност; Едновременно преместете пробата в хоризонталната равнина xy, така че сондата да сканира повърхността на пробата по пътя на сканиране. Микроскопът със сканираща сонда открива съответните сигнали за физическо количество на взаимодействието между сондата и пробата чрез системата за откриване, като същевременно поддържа стабилно разстояние между сондата и пробата; В случай на стабилни взаимодействащи физически величини, разстоянието между сондата и пробата се открива от сензор за вертикално изместване. Системата за изображения извършва обработка на изображения върху повърхността на пробата въз основа на сигнала за откриване (или разстоянието между сондата и пробата).
Според различните физически полета на взаимодействие между сондата и използваната проба сканиращите сондови микроскопи се разделят на различни серии микроскопи. Сканиращата тунелна микроскопия (STM) и атомно-силовата микроскопия (AFM) са два често използвани типа сканиращи сондови микроскопи. Сканиращият тунелен микроскоп открива повърхностната структура на пробата чрез измерване на тунелния ток между сондата и пробата, която се тества. Микроскопията с атомна сила открива повърхността на пробата чрез откриване на микроконзолна деформация, причинена от силата на взаимодействие между върха на иглата и пробата, използвайки фотоелектричен сензор за изместване, който може да бъде или привлекателен, или отблъскващ.
Характеристики на сканиращата сондова микроскопия
Сканиращият сондов микроскоп е третият вид микроскоп, който наблюдава структурата на материята в атомен мащаб, в допълнение към полевата йонна микроскопия и трансмисионната електронна микроскопия с висока разделителна способност. Като вземем за пример сканираща тунелна микроскопия (STM), неговата странична разделителна способност е 0.1-0.2nm, а разделителната способност по надлъжна дълбочина е 0.01nm. Тази резолюция позволява ясно наблюдение на отделни атоми или молекули, разпределени по повърхността на пробата. Междувременно микроскопията със сканираща сонда може да се използва и за наблюдение и изследване във въздух, други газови или течни среди.
Сканиращите сондови микроскопи имат характеристики като атомна разделителна способност, атомен транспорт и нанофабрикация. Въпреки това, поради различните принципи на работа на различните сканиращи микроскопи, получените от тях резултати отразяват много различна информация за повърхността на пробата. Сканиращият тунелен микроскоп измерва информацията за разпределението на електронния етап върху повърхността на пробата, която има разделителна способност на атомно ниво, но все още не може да получи истинската структура на пробата. А атомната микроскопия открива информацията за взаимодействието между атомите, така че може да получи информация за разположението на повърхностното атомно разпределение на пробата, което е истинската структура на пробата. От друга страна, атомно-силовата микроскопия не може да измерва информация за електронното състояние, която може да бъде сравнена с теорията, така че и двете имат своите силни и слаби страни.
