스캐닝 프로브 현미경

기간 중 스캐닝 프로브 현미경 표면을 분석하는 데 사용되는 여러 현미경 및 관련 측정 방법이 있습니다. 따라서 이러한 기술은 표면 및 인터페이스 물리학의 일부입니다. 스캐닝 프로브 현미경은 측정 프로브가 작은 거리에서 표면 위로 안내되는 것이 특징입니다.

스캐닝 프로브 현미경이란 무엇입니까?

프로브와 샘플 간의 상호 작용의 결과로 이미지가 생성되는 모든 유형의 현미경을 스캐닝 프로브 현미경이라고합니다. 이것은 이러한 방법을 광학 현미경 및 주사 전자 현미경과 구별합니다. 여기에는 광학 렌즈와 전자 광학 렌즈가 사용되지 않습니다.

스캐닝 프로브 현미경으로 샘플의 표면은 프로브의 도움으로 조금씩 스캔됩니다. 이러한 방식으로 각 개별 지점에 대해 측정 된 값을 얻은 다음 결합하여 디지털 이미지를 만듭니다.

스캐닝 프로브 방법은 Rohrer와 Binnig에 의해 1981 년에 처음 개발되어 발표되었습니다. 이는 금속 팁과 전도성 표면 사이에서 발생하는 터널 효과를 기반으로합니다. 이 효과는 나중에 개발 된 모든 스캐닝 프로브 현미경 방법의 기초를 형성합니다.

모양, 유형 및 유형

주로 프로브와 샘플 간의 상호 작용과 관련하여 다른 유형의 스캐닝 프로브 현미경이 있습니다. 시작점은 주사 터널링 현미경으로 1982 년에 처음으로 전기 전도성 표면의 원자 분해 표현을 가능하게했습니다. 다음 해에 수많은 다른 스캐닝 프로브 현미경 방법이 개발되었습니다.

주사 터널링 현미경을 사용하면 샘플 표면과 팁 사이에 전압이 적용됩니다. 터널 전류는 시료와 팁 사이에서 측정되며 접촉이 허용되지 않습니다. 1984 년에 광학 근거리 장 현미경이 등장했습니다. 여기서 빛은 프로브에서 샘플을 통해 보내집니다. 원 자간 력 현미경에서 탐침은 원자력에 의해 편향됩니다. 일반적으로 소위 반 데르 발스 힘이 사용됩니다. 프로브의 처짐은 힘에 비례하는 관계를 가지며, 이는 프로브의 스프링 상수에 따라 결정됩니다.

원자력 현미경은 1986 년에 개발되었습니다. 처음에 원자력 현미경은 탐지기 역할을하는 터널 팁을 기반으로 작동했습니다. 이 터널 팁은 샘플 표면과 센서 사이의 실제 거리를 결정합니다. 이 기술은 센서 뒷면과 감지 팁 사이에 존재하는 터널 전압을 사용합니다.

오늘날이 방법은 광 포인터 역할을하는 레이저 빔을 사용하는 감지로 대체 된 감지 원리로 대체되었습니다. 이것은 레이저 힘 현미경이라고도합니다. 또한 프로브와 샘플 사이의 자력이 측정 값을 결정하는 기준이되는 자력 현미경이 개발되었습니다.

1986 년에는 작은 센서가 스캐닝 프로브 역할을하는 스캐닝 열 현미경도 개발되었습니다. 프로브와 샘플 간의 상호 작용이 소멸 파로 구성된 소위 광학 스캐닝 근거리 현미경도 있습니다.

구조 및 기능

원칙적으로 모든 유형의 스캐닝 프로브 현미경은 그리드에서 샘플 표면을 스캔한다는 공통점이 있습니다. 현미경 프로브와 샘플 표면 사이의 상호 작용이 사용됩니다. 이 상호 작용은 스캐닝 프로브 현미경의 유형에 따라 다릅니다. 프로브는 검사중인 샘플에 비해 크기가 크지 만 샘플의 작은 표면 특징을 확인할 수 있습니다. 탐침 끝에있는 맨 앞의 원자는이 시점에서 특히 관련이 있습니다.

스캐닝 프로브 현미경의 도움으로 최대 10 피코 미터의 분해능이 가능합니다. 비교를 위해 원자의 크기는 100 피코 미터 범위에 있습니다. 광학 현미경의 정확도는 빛의 파장에 의해 제한됩니다. 이러한 이유로 이러한 유형의 현미경으로는 약 200 ~ 300 나노 미터의 해상도 만 가능합니다. 이것은 빛 파장의 약 절반에 해당합니다. 따라서 주사 전자 현미경에서는 빛 대신에 전자빔이 사용된다. 에너지를 증가시킴으로써 이론적으로 파장을 원하는만큼 짧게 만들 수 있습니다. 그러나 너무 작은 파장은 샘플을 파괴합니다.

의료 및 건강 혜택

스캐닝 프로브 현미경의 도움으로 샘플 표면을 스캔하는 것이 가능하지 않습니다. 대신 개별 원자를 샘플에서 제거하고 지정된 위치에 다시 증착 할 수도 있습니다.

1980 년대 초부터 스캐닝 프로브 현미경의 개발은 빠르게 발전했습니다. 1 마이크로 미터 미만의 해상도 개선을위한 새로운 가능성은 나노 과학과 나노 기술의 발전을위한 필수 전제 조건이었으며 특히 1990 년대 이후로 발전해 왔습니다.

프로브 현미경 스캐닝의 기본 방법을 기반으로 오늘날 수많은 다른 하위 방법이 나뉩니다. 이는 프로브 팁과 샘플 표면 간의 다양한 유형의 상호 작용을 활용합니다.

스캐닝 프로브 현미경은 나노 화학, 나노 생물학, 나노 생화학 및 나노 의학과 같은 연구 분야에서 필수적인 역할을합니다. 스캐닝 프로브 현미경은 화성과 같은 다른 행성을 탐험하는 데에도 사용됩니다.

스캐닝 프로브 현미경은 소위 피에조 효과를 기반으로하는 특수 위치 지정 기술을 사용합니다. 프로브 이동 장치는 컴퓨터로 제어되며 고정밀 위치 지정이 가능합니다. 이를 통해 샘플 표면을 제어 된 방식으로 스캔하고 측정 결과를 초 고해상도 디스플레이로 결합 할 수 있습니다.