Principe en structuur van Scanning Probe Microscope
Het fundamentele werkingsprincipe van scanning-sondemicroscopie is het gebruik van de interactie tussen de sonde en de oppervlakte-atomen en moleculen van het monster, dat wil zeggen de fysieke velden van verschillende interacties die worden gevormd wanneer de sonde en het monsteroppervlak zich dicht bij de nanoschaal bevinden, en verkregen door het detecteren van de overeenkomstige fysische grootheden Monsteroppervlakmorfologie. De scannende sondemicroscoop bestaat hoofdzakelijk uit vijf delen: sonde, scanner, verplaatsingssensor, controller, detectiesysteem en beeldsysteem.
De controller beweegt het monster in verticale richting door de scanner zodat de afstand tussen de sonde en het monster (of de fysieke grootheid van interactie) wordt gestabiliseerd op een vaste waarde; tegelijkertijd wordt het monster verplaatst in het xy horizontale vlak zodat de sonde het scanpad volgt. Het pad scant het monsteroppervlak. Bij scanning-sondemicroscopie, wanneer de afstand tussen de sonde en het monster stabiel is, detecteert het detectiesysteem het relevante fysieke kwantiteitssignaal van de interactie tussen de sonde en het monster; wanneer de fysieke hoeveelheid van de interactie stabiel is, wordt deze gedetecteerd door de verplaatsingssensor in verticale richting. De afstand tussen de sonde en het monster. Het beeldsysteem voert beeldverwerking uit, zoals beeldvorming op het oppervlak van het monster volgens het detectiesignaal (of de afstand tussen de sonde en het monster).
Scanning-sondemicroscopen zijn onderverdeeld in verschillende series microscopen volgens de verschillende fysieke velden van de interactie tussen de sonde en het monster. Onder hen zijn scanning tunneling microscope (STM) en atomic force microscope (AFM) twee soorten scanning probe-microscopen die vaker worden gebruikt. De scanning tunneling microscoop detecteert de oppervlaktestructuur van het monster door de grootte van de tunnelstroom tussen de sonde en het te testen monster te detecteren. De atoomkrachtmicroscoop detecteert het oppervlak van het monster door de vervorming van de micro-cantilever te detecteren die wordt veroorzaakt door de interactiekracht tussen de punt en het monster (die aantrekkelijk of afstotend kan zijn) door een foto-elektrische verplaatsingssensor.
Kenmerken van Scanning Probe-microscopen
Scanning-sondemicroscopie is de derde microscoop voor het observeren van de structuur van materie op atomaire schaal na veldionenmicroscopie en transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie. Als we de Scanning Tunneling Microscope (STM) als voorbeeld nemen, is de laterale resolutie 0.1~0.2nm en de verticale diepteresolutie 0.01nm. Een dergelijke resolutie kan duidelijk enkele atomen of moleculen waarnemen die op het oppervlak van het monster zijn verdeeld. Tegelijkertijd kan de scanning probe microscoop ook observatieonderzoek uitvoeren in lucht, andere gassen of vloeistofomgevingen.
Scanning probe microscopen hebben de kenmerken van atomaire resolutie, atomair transport en nano-microprocessing. Vanwege de verschillende werkingsprincipes van verschillende scanningmicroscopen in detail, is de informatie op het oppervlak van het monster die wordt weerspiegeld door de resultaten die ze hebben verkregen echter heel verschillend. Scanning tunneling microscopie meet de distributie-informatie van elektronenstations op het oppervlak van het monster, dat een resolutie op atomair niveau heeft, maar nog steeds niet de ware structuur van het monster kan verkrijgen. De atoommicroscoop detecteert de interactie-informatie tussen atomen, zodat de rangschikkingsinformatie van de atomaire verdeling op het monsteroppervlak kan worden verkregen, dat wil zeggen de echte structuur van het monster. Maar aan de andere kant kan de atoomkrachtmicroscoop niet de elektronische toestandsinformatie meten die met de theorie kan worden vergeleken, dus de twee hebben hun eigen voor- en nadelen.
