Wat is een scansonde Microscoop?
Een scansondemicroscoop is een van de verschillende microscopen die driedimensionale oppervlaktebeelden met zeer hoge details produceren, inclusief atomaire schaal. Afhankelijk van de gebruikte microscopietechniek kunnen sommige van deze microscopen ook de fysische eigenschappen van een materiaal meten, waaronder elektrische stroom, geleidbaarheid en magnetische velden. De eerste scansondemicroscoop, een scantunnelmicroscoop (STM), werd uitgevonden in de vroege jaren tachtig. De uitvinders van de STM wonnen een paar jaar later de Nobelprijs voor de natuurkunde. Sinds die tijd zijn verschillende andere technieken, gebaseerd op dezelfde basisprincipes, uitgevonden.
Alle scansondemicroscopietechnieken omvatten een kleine, scherpe punt scannen van het oppervlak van het materiaal, aangezien gegevens digitaal worden verkregen uit de scan. De punt van de scansonde moet kleiner zijn dan de functies op het te scannen oppervlak om een nauwkeurig beeld te produceren. Deze tips moeten om de paar dagen worden vervangen. Ze worden meestal op cantilevers gemonteerd en in veel SPM-technieken wordt de beweging van de cantilever gemeten om de hoogte van het oppervlak te bepalen.
Bij scantunnelmicroscopie wordt een elektrische stroom aangebracht tussen de scantip en het af te beelden oppervlak. Deze stroom wordt constant gehouden door de hoogte van de punt aan te passen, waardoor een topografisch beeld van het oppervlak wordt gegenereerd. Als alternatief kan de hoogte van de punt constant worden gehouden terwijl de veranderende stroom wordt gemeten om de hoogte van het oppervlak te bepalen. Aangezien deze methode elektrische stroom gebruikt, is deze alleen van toepassing op materialen die geleiders of halfgeleiders zijn.
Verschillende typen scansondemicroscopen vallen onder de categorie atomaire krachtmicroscopie (AFM). In tegenstelling tot scanning tunnel microscopie, kan AFM op alle soorten materialen worden gebruikt, ongeacht hun geleidbaarheid. Alle soorten AFM gebruiken een indirecte meting van de kracht tussen de scantip en het oppervlak om het beeld te produceren. Dit wordt meestal bereikt door een meting van de cantileverafbuiging. De verschillende soorten atoomkrachtmicroscopen omvatten contact-AFM, contactloze AFM en intermitterende contact-AFM. Verschillende overwegingen bepalen welk type atomaire krachtmicroscopie het beste is voor een bepaalde toepassing, waaronder de gevoeligheid van het materiaal en de grootte van het te scannen monster.
Er zijn een paar variaties op de basistypen van atomaire krachtmicroscopie. Laterale krachtmicroscopie (LFM) meet de draaiende kracht op de scantip, wat handig is voor het in kaart brengen van oppervlaktewrijving. Scancapaciteitsmicroscopie wordt gebruikt om de capaciteit van het monster te meten en tegelijkertijd een AFM-topografisch beeld te produceren. Geleidende atoomkrachtmicroscopen (C-AFM) gebruiken een geleidende tip net zoals STM, waardoor een AFM-topografisch beeld en een kaart van de elektrische stroom wordt geproduceerd. Force modulation microscopy (FMM) wordt gebruikt om de elastische eigenschappen van een materiaal te meten.
Er bestaan ook andere scanning-sonde-microscooptechnieken om andere eigenschappen dan het driedimensionale oppervlak te meten. Elektrostatische krachtmicroscopen (EFM) worden gebruikt om de elektrische lading op een oppervlak te meten. Deze worden soms gebruikt om microprocessorchips te testen. Scanning thermal microscopy (SThM) verzamelt gegevens over thermische geleidbaarheid en brengt de topografie van het oppervlak in kaart. Magnetische krachtmicroscopen (MFM) meten het magnetische veld op het oppervlak samen met de topografie.