Microscopie cu sondă de scanare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Microscopia sondei de scanare (SPM, Scanning Probe Microscopy) este o ramură a microscopiei care formează imagini ale suprafețelor folosind o sondă fizică care scanează specimenul. O imagine de suprafață este obținută mecanic prin deplasarea sondei într-o scanare raster a probei, rând cu rând și înregistrarea interacțiunii sondă-suprafață în funcție de poziție. SPM a fost înființat în 1981 cu invenția microscopului de scanare cu tunel .

Multe microscopuri cu sondă de scanare sunt capabile să imagineze mai multe interacțiuni simultan. Modul de a utiliza aceste interacțiuni pentru a obține o imagine este, în general, numit „mod”.

Rezoluția variază oarecum de la tehnică la tehnică, dar unele tehnici de sondă realizează o rezoluție atomică destul de impresionantă. Acest lucru se datorează în mare măsură capacității actuatoarelor piezoelectrice de a efectua mișcări cu precizie și precizie la nivel atomic sau mai degrabă conform controlului electronic. S-ar putea numi pe bună dreptate acest tip de tehnică „piezoelectric”. Celălalt numitor comun este că datele sunt obținute de obicei ca o grilă bidimensională de puncte de date, afișate în culori false ca o imagine de computer.

Tipurile de microscopie a sondei de scanare

Dintre aceste tehnici, AFM și STM sunt cele mai frecvent utilizate pentru măsurători brute.

Sfaturi pentru sondă

Vârfurile sondei sunt realizate de obicei din platină / iridiu sau aur. Există două metode principale de obținere a unui vârf ascuțit al sondei: gravarea acidă și tăierea. Primul este să scufundați capătul unui fir mai întâi într-o baie acidă și să așteptați până când este gravat și partea inferioară este complet drenată. Restul este apoi îndepărtat și vârful rezultat este adesea diametrul unui atom. O metodă alternativă și mult mai rapidă este să luați un fir subțire și să-l tăiați cu o foarfecă sau un bisturiu. Testarea vârfului produs prin această metodă pe o probă cu un profil cunoscut va indica dacă vârful este bun sau nu și se atinge un singur punct ascuțit în aproximativ 50% din timp. Nu este neobișnuit ca această metodă să ducă la un vârf cu mai mult de un vârf ; se poate distinge cu ușurință că această scanare provoacă un nivel ridicat de fantomă.

Avantajele microscopiei prin sondă de scanare

  • Rezoluția microscoapelor nu este limitată de difracție , ci doar de dimensiunea volumului de interacțiune probă-probă (adică funcția de împrăștiere a unui punct ), care poate fi la fel de mică ca câțiva picometri . Prin urmare, este incomparabilă capacitatea de a măsura mici diferențe locale de înălțime a obiectului (cum ar fi cea a „treptelor” (trepte) de 135 picometri de <100> siliciu). Lateral, interacțiunea probă-probă se extinde numai prin atomul de vârf sau atomii implicați în interacțiune.
  • Interacțiunea poate fi utilizată pentru a modifica proba pentru a crea structuri mici ( nanolitografie ).
  • Spre deosebire de metodele utilizate pentru microscopul electronic, probele nu necesită un vid parțial, dar pot fi observate în aer, la temperatura și presiunea standard sau în timp ce sunt scufundate într-un vas pentru reacția lichidelor.

Dezavantaje ale microscopiei cu sondă de scanare

  • Forma detaliată a vârfului de scanare este uneori dificil de determinat. Efectul său asupra datelor rezultate este deosebit de relevant dacă proba variază semnificativ în înălțime pe distanțe laterale de 10 nm sau mai puțin.
  • Tehnicile de scanare sunt, în general, mai lentă pentru a obține imagini, datorită procesului de scanare. Ca urmare, se depun eforturi pentru a îmbunătăți considerabil viteza de scanare. La fel ca toate tehnicile de scanare, inserarea informațiilor spațiale într-o linie de timp deschide ușa către incertitudini în metrologie, adică distanțe și unghiuri laterale, care apar din cauza efectelor domeniului de timp, cum ar fi acumularea eșantionului, oscilația buclei de feedback (feedback) și mecanică vibrații.
  • Dimensiunea maximă a imaginii este de obicei mai mică.
  • Microscopia sondei de scanare nu este adesea utilă pentru examinarea imersiunilor interfețelor solid-solid sau lichid-lichid.

Notă

  1. ^ (EN) G. Binnig, CF Quate și Ch. Gerber, Microscop de forță atomică , în Physical Review Letters, vol. 56, nr. 9, 3 martie 1986, p. 930, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.56.930 .
  2. ^ (EN) WJ Kaiser și LD Bell, Investigație directă a structurii electronice a interfeței subterane prin microscopie cu emisie balistică-electronică , în Physical Review Letters, vol. 60, n. 14, 1988, p. 1406, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.60.1406 .
  3. ^ (EN) L. Zhang, T. Sakai, N. Sakuma, T. Ono, K. Nakayama, Conductivitatea nanostructurală și studiul potențialului de suprafață al filmelor de carbon cu emisii reduse de câmp cu microscopie sondă de scanare conductivă , în Litere de fizică aplicată, vol. 75, nr. 22, 1999, pp. 3527-3529, DOI : 10.1063 / 1.125377 .
  4. ^ (EN) JMR Weaver, David W. Abraham, potențiometrie de microscopie cu forță atomică de înaltă rezoluție , în Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, vol. 9, nr. 3, 1991, pp. 1559-1561, DOI : 10.1116 / 1.585423 .
  5. ^ (EN) SR Higgins, RJ Hamers, Morfologie și procese de dizolvare a mineralelor sulfurate de metal Observate cu microscopul de tunelare cu scanare electrochimică , Madison (Wisconsin), martie 1996, vol. 14, AVS, martie 1996, pp. 1360-1364, DOI : 10.1116 / 1.589098 .
  6. ^ (EN) M. Fritz, M. Radmacher, N. Petersen, HE Gaub, Vizualizarea și identificarea structurilor intracelulare prin microscopie de modulare forțată și degradare indusă de medicamente , în Conferința internațională din 1993 privind microscopia de scanare prin tunel, Conferința internațională din 1993 pe scanare microscopie prin tunel , vol. 12, Beijing, China, AVS, mai 1994, pp. 1526-1529, DOI : 10.1116 / 1.587278 . Adus la 28 martie 2010 .
  7. ^ (EN) M. Nonnenmacher, MP O'Boyle, HK Wickramasinghe, microscopia de forță a sondei Kelvin , în Letters Physics Applied, vol. 58, nr. 25, 1991, pp. 2921-2923, DOI : 10.1063 / 1.105227 .
  8. ^ (EN) U. Hartmann, Microscopia forței magnetice: Câteva remarci din punct de vedere micromagnetic , în Journal of Applied Physics, vol. 64, n. 3, 1988, pp. 1561-1564, DOI : 10.1063 / 1.341836 .
  9. ^ (EN) Sidles JA, JL Garbini, KJ Bruland, D. Rugar, O. Züger, S. Hoen, CS Yannoni, Microscopie cu forță de rezonanță magnetică , în Reviews of Modern Physics, vol. 67, nr. 1, 1995, p. 249, DOI : 10.1103 / RevModPhys.67.249 .
  10. ^ (EN) E. BETZIG, JK Trautman, TD HARRIS, JS WEINER, RL KOSTELAK, Breaking the Diffraction Barrier: Optical Microscopy on a nanometric scale , în Science, vol. 251, n. 5000, 22 martie 1991, pp. 1468-1470, DOI : 10.1126 / science.251.5000.1468 . Accesat la 5 octombrie 2009 .
  11. ^ (EN) A. Roelofs, U. Bottger, R. Waser, F. Schlaphof, S. Trogisch, LM Eng, Diferențierea comutării la 180 ° și 90 ° a domeniilor feroelectrice cu microscopie tridimensională de forță piezoresponse , în Applied Physics Letters, vol. 77, nr. 21, 2000, pp. 3444-3446, DOI : 10.1063 / 1.1328049 .
  12. ^ (EN) RC Reddick, RJ Warmack, TL Ferrell, Nouă formă de microscopie optică de scanare , în Physical Review B, vol. 39, nr. 1, 1 ianuarie 1989, p. 767, DOI : 10.1103 / PhysRevB.39.767 . Accesat la 5 octombrie 2009 .
  13. ^ (EN) JR Matey, J. Blanc, microscopie cu capacitate de scanare , în Journal of Applied Physics, vol. 57, nr. 5, 1985, pp. 1437-1444, DOI : 10.1063 / 1.334506 .
  14. ^ (EN) MA Eriksson, RG Beck, M. Topinka, JA Katine, RM Westervelt, KL Campman, AC Gossard, Caracterizarea sondei de scanare criogenică a nanostructurilor semiconductoare , în Applied Physics Letters, vol. 69, nr. 5, 29 iulie 1996, pp. 671-673, DOI : 10.1063 / 1.117801 . Accesat la 5 octombrie 2009 .
  15. ^ (EN) PK Hansma, B Drake, O Marti, SA Gould, CB Prater, The scaning ion-conductance microscope , în Science, vol. 243, n. 4891, 3 februarie 1989, pp. 641-643, DOI : 10.1126 / science.2464851 . Accesat la 5 octombrie 2009 .
  16. ^ (EN) Wiesendanger R., M. Bode, magnetism la scară nano și atomică Studiat prin microscopie și spectroscopie de tunelare cu scanare polarizată prin spin , în Solid State Communications, vol. 119, nr. 4-5, 25 iulie 2001, pp. 341-355, DOI : 10.1016 / S0038-1098 (01) 00103-X , ISSN 0038-1098 ( WC ACNP ) . Accesat la 5 octombrie 2009 .
  17. ^ (EN) P. De Wolf, J. Snauwaert, T. Clarysse, W. Vandervorst, L. Hellemans, Caracterizarea unui punct-contact pe siliciu folosind măsurători de rezistență suportate de microscopie de forță , în Applied Physics Letters, vol. 66, nr. 12, 1995, pp. 1530-1532, DOI : 10.1063 / 1.113636 .
  18. ^ (EN) JB Xu, K. Lauger, K. Dransfeld, IH Wilson, senzori termici pentru investigarea transferului de căldură în microscopia cu sondă de scanare , în Review of Scientific Instruments, vol. 65, nr. 7, 1994, pp. 2262-2266, DOI : 10.1063 / 1.1145225 .
  19. ^ (EN) G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber și E. Weibel, Tunelare printr-un vid controlabil , în Applied Physics Letters, vol. 40, nr. 2, 1982, pp. 178-180, DOI : 10.1063 / 1.92999 .
  20. ^ (EN) Trenkler T., P. De Wolf, W. Vandervorst, L. Hellemans, Nanopotentiometry: Local potential requirements in complementary metal-oxid-semiconductor tranzistors using atomic force microscope , in J. Vac. Ști. Tehn. B , vol. 16, 1998, pp. 367-372, DOI : 10.1116 / 1.589812 .
  21. ^ (EN) AM Chang, HD Hallen, L. Harriott, HF Hess, HL Kao, J. Kwo, RE Miller, R. Wolfe, J. van der Ziel, TY Chang, Scanning Hall probe microscopy , in Applied Physics Letters, vol. 61, nr. 16, 1992, pp. 1974-1976, DOI : 10.1063 / 1.108334 .

linkuri externe

Controlul autorității GND (DE) 4330328-6 · NDL (EN, JA) 00.577.272
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Microscopy_a_scan_of_probe&oldid=105166155 ”