микроскопия, зондовая сканирующая сокр., СЗМ (англ. scanning probe microscopy сокр., SPM) — область микроскопии, в которой изображение поверхности объекта формируется с помощью зонда, сканирующего его поверхность. Изображение получается путем механического перемещения зонда по траектории в виде растра (строка за строкой) и регистрации взаимодействия между зондом и поверхностью как функции его положения (координат).

Описание

Активное развитие сканирующей зондовой микроскопии началось с момента изобретения сканирующего туннельного микроскопа в 1981 г. В настоящее время разрешающая способность для различных видов СЗМ изменяется от субмикронной до атомной. Это в значительной степени обусловлено возможностями пьезоэлектрических двигателей, которые обеспечивают прецизионные перемещения с субнанометровой точностью.

Сканирующие зондовые микроскопы могут регистрировать несколько взаимодействий одновременно. В зависимости от типа взаимодействия, которое используют для построения изображения, различают различные моды (режимы) работы микроскопов.

Существуют следующие виды СЗМ:

  • атомная-силовая микроскопия (АСМ) (Atomic Force Microscopy, AFM);
  • баллистическая электронно-эмиссионная микроскопия (БЭЭМ) (Ballistic Electron Emission Microscopy, BEEM);
  • магнитно-силовая микроскопия (МСМ) (Magnetic Force Microscopy, MFM);
  • магнитно-силовая резонансная микроскопия (Magnetic Resonance Force Microscopy, MRFM);
  • метод зонда Кельвина (Kelvin Probe Force Microscopy, KPFM);
  • микроскопия модуляции силы (Force Modulation Microscopy, FMM);
  • микроскопия электростатических сил (МЭС) (Electrostatic Force Microscopy, EFM);
  • сканирующая ближнеполевая оптическая микроскопия (СБОМ) (Near-Field Scanning Optical Microscopy, NSOM, или Scanning Near-Field Optical Microscopy, SNOM);
  • сканирующая емкостная микроскопия (Scanning Capacitance Microscopy, SCM);
  • сканирующая зондовая микроскопия Холла (Scanning Hall Probe Microscopy, SHPM);
  • сканирующая микроскопия ионной проводимости (Scanning Ion-Conductance Microscopy, SICM);
  • сканирующая микроскопия напряжения (Scanning Voltage Microscopy, SVM);
  • сканирующая термо-микроскопия (Scanning Thermal Microscopy, SThM);
  • сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) (Scanning Tunneling Microscopy, STM);
  • спин-поляризационная сканирующая туннельная микроскопия (СП СТМ) (Spin Polarized Scanning Tunneling Microscopy, SPSTM);
  • фотонная сканирующая туннельная микроскопия (ФСТМ) (Photon Scanning Tunneling Microscopy, PSTM);
  • электрохимическая сканирующая туннельная микроскопия (ЭХ СТМ) (Electrochemical Scanning Tunneling Microscopy, ESTM).

Среди этих методов наиболее широко используются атомно-силовая и сканирующая туннельная микроскопия, а также магнитно-силовая и сканирующая ближнеполевая оптическая микроскопия.

Основными преимуществами методов сканирующей зондовой микроскопии являются:

  1. высокая локальность, которая определяется взаимодействием зонда и поверхности;
  2. возможность использования зонда для модификации поверхности объекта;
  3. возможность использования не только в вакууме, но и на воздухе и в жидкой среде.

Основными недостатками СЗМ являются:

  1. сильная зависимость результатов от формы и природы зонда;
  2. низкая скорость, обусловленная механической системой сканирования;
  3. искажения латеральных расстояний и углов, что связано с температурным дрейфом, нелинейностью функционирования пьезокерамики и тем фактом, что данные от различных участков растра получены в разные моменты времени.

Авторы

  • Зотов Андрей Вадимович
  • Саранин Александр Александрович

Источники

  1. Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. и др. Введение в физику поверхности / Под ред. В. И. Сергиенко. — М.: Наука, 2006. — 490 с.
  2. Meyer E. et al. Scanning Probe Microscopy: The Lab on a Tip. — Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag, 2003. — 210 p.

Напишите нам