Konzept/Prinzip/Struktur/Merkmale des Rastersondenmikroskops
Rastersondenmikroskop ist ein Sammelbegriff für verschiedene neue Arten von Sondenmikroskopen (Rasterkraftmikroskop, elektrostatisches Kraftmikroskop, Magnetkraftmikroskop, Rasterionenleitfähigkeitsmikroskop, elektrochemisches Rastermikroskop usw.), die auf der Grundlage des Rastertunnelmikroskops entwickelt wurden. Es handelt sich um ein in den letzten Jahren international entwickeltes Instrument zur Oberflächenanalyse.
Das Prinzip und der Aufbau der Rastersondenmikroskopie
Das grundlegende Funktionsprinzip eines Rastersondenmikroskops besteht darin, die Wechselwirkung zwischen der Sonde und den Oberflächenatomen und -molekülen der Probe zu nutzen, d. h. verschiedene physikalische Wechselwirkungsfelder zu bilden, wenn sich Sonde und Probenoberfläche im Nanobereich befinden. und um die Oberflächenmorphologie der Probe durch die Erfassung entsprechender physikalischer Größen zu ermitteln. Das Rastersondenmikroskop besteht aus fünf Teilen: einer Sonde, einem Scanner, einem Wegsensor, einer Steuerung, einem Erkennungssystem und einem Bildsystem.
Der Controller bewegt die Probe vertikal und horizontal durch einen Scanner, um den Abstand (oder die physikalische Wechselwirkungsgröße) zwischen der Sonde und der Probe auf einem festen Wert zu stabilisieren; Bewegen Sie die Probe gleichzeitig in der horizontalen xy-Ebene, sodass die Sonde die Oberfläche der Probe entlang des Scanpfads abtastet. Das Rastersondenmikroskop erfasst die relevanten physikalischen Größensignale der Wechselwirkung zwischen Sonde und Probe durch das Detektionssystem und behält dabei einen stabilen Abstand zwischen Sonde und Probe bei; Bei stabilen Wechselwirkungen physikalischer Größen wird der Abstand zwischen Sonde und Probe durch einen vertikalen Verschiebungssensor erfasst. Das Bildsystem führt eine Bildverarbeitung auf der Oberfläche der Probe basierend auf dem Detektionssignal (oder dem Abstand zwischen Sonde und Probe) durch.
Entsprechend der unterschiedlichen physikalischen Wechselwirkungsfelder zwischen Sonde und verwendeter Probe werden Rastersondenmikroskope in verschiedene Mikroskopserien eingeteilt. Rastertunnelmikroskopie (STM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) sind zwei häufig verwendete Arten von Rastersondenmikroskopen. Das Rastertunnelmikroskop erkennt die Oberflächenstruktur einer Probe, indem es den Tunnelstrom zwischen der Sonde und der zu untersuchenden Probe misst. Die Rasterkraftmikroskopie erkennt die Oberfläche einer Probe, indem sie mithilfe eines fotoelektrischen Verschiebungssensors, der entweder anziehend oder abstoßend sein kann, die Verformung des Mikroauslegers erfasst, die durch die Wechselwirkungskraft zwischen der Nadelspitze und der Probe verursacht wird.
Die Eigenschaften der Rastersondenmikroskopie
Das Rastersondenmikroskop ist neben der Feldionenmikroskopie und der hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopie der dritte Mikroskoptyp, der die Struktur der Materie auf atomarer Ebene beobachtet. Am Beispiel der Rastertunnelmikroskopie (STM) beträgt die laterale Auflösung 0,1-0,2 nm und die longitudinale Tiefenauflösung 0,01 nm. Diese Auflösung ermöglicht eine klare Beobachtung einzelner Atome oder Moleküle, die auf der Oberfläche der Probe verteilt sind. Mittlerweile kann die Rastersondenmikroskopie auch zur Beobachtung und Forschung in Luft, anderen Gas- oder Flüssigkeitsumgebungen eingesetzt werden.
Rastersondenmikroskope verfügen über Eigenschaften wie atomare Auflösung, Atomtransport und Nanofabrikation. Aufgrund der unterschiedlichen Arbeitsprinzipien verschiedener Rastermikroskope spiegeln die Ergebnisse jedoch sehr unterschiedliche Oberflächeninformationen der Probe wider. Das Rastertunnelmikroskop misst die Verteilungsinformationen des Elektronenstadiums auf der Oberfläche der Probe, die eine Auflösung auf atomarer Ebene haben, aber dennoch nicht die wahre Struktur der Probe ermitteln können. Und die Atommikroskopie erkennt die Wechselwirkungsinformationen zwischen Atomen und kann so die Anordnungsinformationen der Oberflächenatomverteilung der Probe erhalten, die die wahre Struktur der Probe darstellen. Andererseits kann die Rasterkraftmikroskopie keine mit der Theorie vergleichbaren elektronischen Zustandsinformationen messen, sodass beide ihre eigenen Stärken und Schwächen haben.
