스캐닝 프로브 현미경이란 무엇입니까?

스캐닝 프로브 현미경은 원자 규모를 포함하여 3 차원 표면 이미지를 매우 상세하게 생성하는 여러 현미경 중 하나입니다. 사용 된 현미경 기술에 따라 이러한 현미경 중 일부는 전류, 전도도 및 자기장을 포함한 재료의 물리적 특성을 측정 할 수도 있습니다. 스캐닝 터널 현미경 (STM)이라고 불리는 최초의 스캐닝 프로브 현미경은 1980 년대 초에 발명되었습니다. STM의 발명자들은 몇 년 후에 노벨 물리학상을 수상했습니다. 그 이후로, 동일한 기본 원칙에 기초한 몇 가지 다른 기술이 발명되었습니다.

모든 스캐닝 프로브 현미경 기술은 스캔에서 데이터가 디지털 방식으로 수집되므로 재료 표면의 작고 예리한 스캐닝이 필요합니다. 정확한 이미지를 얻으려면 스캔 프로브의 팁이 스캔되는 표면의 피처보다 작아야합니다. 이 요령은 며칠마다 교체해야합니다. 이들은 일반적으로 캔틸레버에 장착되며 많은 SPM 기술에서 캔틸레버의 움직임을 측정하여 표면 높이를 결정합니다.

주사 터널 현미경에서, 주사 팁과 이미지화되는 표면 사이에 전류가인가된다. 이 전류는 팁의 높이를 조정하여 일정하게 유지되어 표면의 지형 이미지를 생성합니다. 대안 적으로, 팁의 높이는 일정하게 유지 될 수 있고 변화하는 전류는 표면의 높이를 결정하기 위해 측정된다. 이 방법은 전류를 사용하기 때문에 도체 또는 반도체 물질에만 적용 할 수 있습니다.

여러 유형의 스캐닝 프로브 현미경은 원자력 현미경 (AFM) 범주에 속합니다. 주사 터널 현미경과 달리 AFM은 전도성에 관계없이 모든 유형의 재료에 사용할 수 있습니다. 모든 유형의 AFM은 스캔 팁과 표면 사이의 힘을 간접적으로 측정하여 이미지를 생성합니다. 이것은 일반적으로 캔틸레버 편향의 측정을 통해 달성됩니다. 다양한 유형의 원자력 현미경에는 접촉 AFM, 비접촉 AFM 및 간헐적 접촉 AFM이 포함됩니다. 재료의 감도와 스캔 할 샘플의 크기를 포함하여 특정 응용 분야에 가장 적합한 원자력 현미경의 유형을 결정합니다.

기본 유형의 원자력 현미경에는 몇 가지 변형이 있습니다. 측면 힘 현미경 (LFM)은 스캐닝 팁의 비틀림 힘을 측정하여 표면 마찰을 매핑하는 데 유용합니다. 스캐닝 커패시턴스 현미경은 샘플의 커패시턴스를 측정하는 동시에 AFM 지형 이미지를 생성하는 데 사용됩니다. 전도성 원자력 현미경 (C-AFM)은 STM처럼 전도성 팁을 사용하므로 AFM 지형 이미지와 전류 맵을 생성합니다. FMM (force modulation microscopy)은 재료의 탄성 특성을 측정하는 데 사용됩니다.

3 차원 표면 이외의 특성을 측정하기위한 다른 스캐닝 프로브 현미경 기술도 존재한다. 정전기력 현미경 (EFM)은 표면의 전하를 측정하는 데 사용됩니다. 이들은 때때로 마이크로 프로세서 칩을 테스트하는 데 사용됩니다. SThM (Scanning Thermal Microscopy)은 표면의 지형을 매핑 할뿐만 아니라 열전도도에 대한 데이터를 수집합니다. 자기력 현미경 (MFM)은 지형과 함께 표면의 자기장을 측정합니다.