Vad är ett mikroskop för skanningssök?
Ett skanningssondmikroskop är vilket som helst av flera mikroskop som producerar tredimensionella ytbilder i mycket hög detalj, inklusive atomskala. Beroende på vilken mikroskopiteknik som används kan några av dessa mikroskop också mäta fysiska egenskaper hos ett material, inklusive elektrisk ström, konduktivitet och magnetfält. Det första skanningssondmikroskopet, kallat ett skanningstunnelmikroskop (STM), uppfanns i början av 1980-talet. Uppfinnarna av STM vann Nobelpriset i fysik några år senare. Sedan dess har flera andra tekniker, baserade på samma grundprinciper, uppfunnits.
Alla mikroskopitekniker för skanningssond involverar en liten skarpspetsning av materialets yta, eftersom data skaffas digitalt från skanningen. Spetsen på skanningssonden måste vara mindre än funktionerna på ytan som skannas för att ge en exakt bild. Dessa tips måste ersättas med några dagar. De är vanligtvis monterade på cantilevers, och i många SPM-tekniker mäts rörelsens rörelse för att bestämma ytans höjd.
Vid skanningstunnelmikroskopi appliceras en elektrisk ström mellan skanningsspetsen och ytan som avbildas. Denna ström hålls konstant genom att justera höjden på spetsen och därmed generera en topografisk bild av ytan. Alternativt kan spetsens höjd hållas konstant medan den växlande strömmen mäts för att bestämma ytans höjd. Eftersom denna metod använder elektrisk ström är den endast tillämplig på material som är ledare eller halvledare.
Flera typer av skanningssondmikroskop faller under kategorin atomkraftmikroskopi (AFM). Till skillnad från skannatunnelmikroskopi kan AFM användas på alla typer av material, oavsett ledningsförmåga. Alla typer av AFM använder indirekt mätning av kraften mellan skanningsspetsen och ytan för att producera bilden. Detta uppnås vanligtvis genom en mätning av utbuktningen av utskjutningen. De olika typerna av atomkraftmikroskop inkluderar kontakt AFM, icke-kontakt AFM och intermittent kontakt AFM. Flera överväganden avgör vilken typ av atomkraftsmikroskopi som är bäst för en speciell applikation, inklusive materialets känslighet och storleken på provet som ska skannas.
Det finns några variationer på de grundläggande typerna av atomkraftsmikroskopi. Sidokraftsmikroskopi (LFM) mäter vridkraften på skanningsspetsen, vilket är användbart för att kartlägga ytfriktion. Skanningskapacitansmikroskopi används för att mäta provets kapacitans samtidigt som man producerar en topografisk AFM-bild. Ledande atomkraftmikroskop (C-AFM) använder en ledande spets mycket som STM gör, vilket ger en AFM topografisk bild och en karta över den elektriska strömmen. Kraftmoduleringsmikroskopi (FMM) används för att mäta materialets elastiska egenskaper.
Andra scanning-mikroskoptekniker finns också för att mäta andra egenskaper än den tredimensionella ytan. Elektrostatiska kraftmikroskop (EFM) används för att mäta den elektriska laddningen på en yta. Dessa används ibland för att testa mikroprocessorchips. Skanning av termisk mikroskopi (SThM) samlar in data om värmeledningsförmåga samt kartläggning av topografin på ytan. Magnetkraftsmikroskop (MFM) mäter magnetfältet på ytan tillsammans med topografin.