Hva er et mikroskop for skanning sonder?
Et skanningssonemikroskop er et hvilket som helst av flere mikroskop som produserer tredimensjonale overflatebilder i meget høy detalj, inkludert atomskala. Avhengig av mikroskopiteknikken som brukes, kan noen av disse mikroskopene også måle fysiske egenskaper for et materiale, inkludert elektrisk strøm, ledningsevne og magnetiske felt. Det første skannetermikroskopet, kalt et skannetunnelmikroskop (STM), ble oppfunnet på begynnelsen av 1980-tallet. Oppfinnerne av STM vant Nobelprisen i fysikk noen år senere. Siden den tid har flere andre teknikker, basert på de samme grunnleggende prinsippene, blitt oppfunnet.
Alle mikroskopiteknikker for skannetaster involverer en liten skarpspiss skanning av overflaten av materialet, ettersom data er skaffet digitalt fra skanningen. Spissen av skanningssonden må være mindre enn funksjonene på overflaten som skannes, for å gi et nøyaktig bilde. Disse tipsene må byttes ut noen få dager. De er vanligvis montert på utkraginger, og i mange SPM-teknikker måles bevegelsen til uttaket for å bestemme høyden på overflaten.
Ved skanningstunnelmikroskopi tilføres en elektrisk strøm mellom skannespissen og overflaten som blir avbildet. Denne strømmen holdes konstant ved å justere høyden på spissen, og dermed generere et topografisk bilde av overflaten. Alternativt kan høyden på spissen holdes konstant mens den skiftende strøm måles for å bestemme høyden på overflaten. Siden denne metoden bruker elektrisk strøm, er den bare aktuelt for materialer som er ledere eller halvledere.
Flere typer skanningssonemikroskop faller inn under kategorien atomkraftmikroskopi (AFM). I motsetning til skanning av tunnelmikroskopi, kan AFM brukes på alle typer materialer, uavhengig av ledningsevne. Alle typer AFM bruker indirekte måling av kraften mellom skannespissen og overflaten for å produsere bildet. Dette oppnås vanligvis gjennom en måling av utbuktningen av uttaket. De forskjellige typene atomkraftmikroskop inkluderer kontakt AFM, kontaktfri AFM og intermitterende kontakt AFM. Flere hensyn bestemmer hvilken type atomkraftmikroskopi som er best for en bestemt applikasjon, inkludert materialets følsomhet og størrelsen på prøven som skal skannes.
Det er noen få varianter av de grunnleggende typer atomkraftmikroskopi. Lateral force microscopy (LFM) måler vridningskraften på skannespissen, noe som er nyttig for å kartlegge overflatefriksjon. Skannekapasitansmikroskopi brukes til å måle kapasitansen til prøven mens den samtidig produserer et AFM topografisk bilde. Ledende atomkraftmikroskop (C-AFM) bruker en ledende spiss mye som STM gjør, og produserer dermed et AFM-topografisk bilde og et kart over den elektriske strømmen. Kraftmodulasjonsmikroskopi (FMM) brukes til å måle et materials elastiske egenskaper.
Andre mikroskopteknikker for scanning-sonde finnes også for å måle andre egenskaper enn den tredimensjonale overflaten. Elektrostatisk kraftmikroskop (EFM) brukes til å måle den elektriske ladningen på en overflate. Disse brukes noen ganger for å teste mikroprosessorbrikker. Skanning av termisk mikroskopi (SThM) samler inn data om termisk konduktivitet samt kartlegging av topografien på overflaten. Magnetkraftmikroskop (MFM) måler magnetfeltet på overflaten sammen med topografien.