Qu'est-ce qu'un microscope à sonde à balayage?
Un microscope à sonde à balayage est constitué de plusieurs microscopes qui produisent des images de surface tridimensionnelles très détaillées, y compris à l'échelle atomique. Selon la technique de microscopie utilisée, certains de ces microscopes peuvent également mesurer les propriétés physiques d'un matériau, notamment le courant électrique, la conductivité et les champs magnétiques. Le premier microscope à sonde à balayage, appelé microscope à tunnel à balayage (STM), a été inventé au début des années 1980. Les inventeurs de la STM ont remporté le prix Nobel de physique quelques années plus tard. Depuis lors, plusieurs autres techniques, fondées sur les mêmes principes de base, ont été inventées.
Toutes les techniques de microscopie à sonde à balayage impliquent un balayage de petite taille et pointu de la surface du matériau, les données étant acquises numériquement à partir du scan. La pointe de la sonde de numérisation doit être plus petite que les caractéristiques de la surface numérisée, afin de produire une image précise. Ces conseils doivent être remplacés tous les quelques jours. Ils sont généralement montés sur des porte-à-faux et, dans de nombreuses techniques SPM, le mouvement du porte-à-faux est mesuré pour déterminer la hauteur de la surface.
En microscopie à balayage à tunnel, un courant électrique est appliqué entre la pointe de balayage et la surface à imager. Ce courant est maintenu constant en ajustant la hauteur de la pointe, générant ainsi une image topographique de la surface. Alternativement, la hauteur de la pointe peut être maintenue constante pendant que le courant changeant est mesuré pour déterminer la hauteur de la surface. Comme cette méthode utilise du courant électrique, elle ne s'applique qu'aux matériaux conducteurs ou semi-conducteurs.
Plusieurs types de microscopes à sonde à balayage entrent dans la catégorie de la microscopie à force atomique (AFM). Contrairement à la microscopie à balayage à tunnel, l'AFM peut être utilisé sur tous les types de matériaux, quelle que soit leur conductivité. Tous les types d’AFM utilisent une mesure indirecte de la force entre la pointe de numérisation et la surface pour produire l’image. Ceci est généralement réalisé par une mesure de la flèche en porte-à-faux. Les différents types de microscopes à force atomique comprennent les AFM à contact, les AFM sans contact et les AFM à contact intermittent. Plusieurs considérations déterminent le type de microscopie à force atomique le mieux adapté à une application particulière, notamment la sensibilité du matériau et la taille de l'échantillon à numériser.
Il existe quelques variations sur les types de base de la microscopie à force atomique. La microscopie à force latérale (LFM) mesure la force de torsion sur la pointe du scanner, ce qui est utile pour cartographier le frottement de la surface. La microscopie à balayage capacitif est utilisée pour mesurer la capacité de l'échantillon tout en produisant simultanément une image topographique AFM. Les microscopes à force atomique conductrice (C-AFM) utilisent une pointe conductrice à la manière du STM, produisant ainsi une image topographique AFM et une carte du courant électrique. La microscopie à modulation de force (FMM) est utilisée pour mesurer les propriétés élastiques d'un matériau.
Il existe également d'autres techniques de microscope à sonde à balayage permettant de mesurer des propriétés autres que la surface tridimensionnelle. Les microscopes à force électrostatique (EFM) servent à mesurer la charge électrique sur une surface. Celles-ci sont parfois utilisées pour tester des puces de microprocesseur. La microscopie thermique à balayage (SThM) collecte des données sur la conductivité thermique ainsi que la cartographie de la topographie de la surface. Les microscopes à force magnétique (MFM) mesurent le champ magnétique à la surface ainsi que la topographie.