מושג/עיקרון/מבנה/תכונות של מיקרוסקופ בדיקה סורק

מושג/עיקרון/מבנה/תכונות של מיקרוסקופ בדיקה סורק

מיקרוסקופ בדיקה סורק הוא כינוי כולל לסוגים חדשים שונים של מיקרוסקופ בדיקה (מיקרוסקופ כוח אטומי, מיקרוסקופ כוח אלקטרוסטטי, מיקרוסקופ כוח מגנטי, מיקרוסקופ מוליכות יונים סורק, מיקרוסקופ אלקטרוכימי סורק וכו') שפותחו על בסיס מיקרוסקופ מנהור סורק. זהו מכשיר לניתוח משטח שפותח בעולם בשנים האחרונות.

העיקרון והמבנה של מיקרוסקופ בדיקה סורק
עקרון העבודה הבסיסי של מיקרוסקופ בדיקה סורק הוא לנצל את האינטראקציה בין הבדיקה לבין האטומים והמולקולות של פני השטח של הדגימה, כלומר ליצור שדות אינטראקציה פיזיקליים שונים כאשר הבדיקה ומשטח הדגימה קרובים לסקלה הננוטית. וכדי לקבל את מורפולוגיה פני השטח של הדגימה על ידי זיהוי כמויות פיזיקליות מתאימות. מיקרוסקופ הבדיקה הסורק מורכב מחמישה חלקים: בדיקה, סורק, חיישן תזוזה, בקר, מערכת זיהוי ומערכת תמונה.

הבקר מזיז את הדגימה אנכית ואופקית דרך סורק כדי לייצב את המרחק (או הכמות הפיזית של האינטראקציה) בין הבדיקה לדגימה בערך קבוע; הזיזו בו זמנית את המדגם במישור האופקי xy, כך שהבדיקה סורקת את פני הדגימה לאורך נתיב הסריקה. מיקרוסקופ הבדיקה הסורק מזהה את אותות הכמות הפיזיקלית הרלוונטיים של האינטראקציה בין הבדיקה לדגימה על ידי מערכת הזיהוי תוך שמירה על מרחק יציב בין הבדיקה לדגימה; במקרה של כמויות פיזיקליות יציבות, המרחק בין הבדיקה לדגימה מזוהה על ידי חיישן תזוזה אנכית. מערכת התמונה מבצעת עיבוד תמונה על פני הדגימה על סמך אות הזיהוי (או המרחק בין הבדיקה לדגימה).

על פי שדות האינטראקציה הפיזיים השונים בין הבדיקה לדגימה המשמשת, מיקרוסקופי בדיקה סורקים מחולקים לסדרות שונות של מיקרוסקופים. מיקרוסקופ מנהור סריקה (STM) ומיקרוסקופיית כוח אטומי (AFM) הם שני סוגים נפוצים של מיקרוסקופי בדיקה סורקים. מיקרוסקופ מנהור סורק מזהה את מבנה פני השטח של דגימה על ידי מדידת זרם המנהור בין הגשושית לבין הדגימה הנבדקת. מיקרוסקופ כוח אטומי מזהה את פני השטח של דגימה על ידי זיהוי עיוות מיקרו שלוחה הנגרם על ידי כוח האינטראקציה בין קצה המחט לדגימה באמצעות חיישן תזוזה פוטו-אלקטרי, שיכול להיות מושך או דוחה.

המאפיינים של מיקרוסקופ בדיקה סורק
מיקרוסקופ בדיקה סורק הוא הסוג השלישי של מיקרוסקופ המתבונן במבנה החומר בקנה מידה אטומי, בנוסף למיקרוסקופ של יוני שדה ומיקרוסקופ אלקטרונים שידור ברזולוציה גבוהה. אם לוקחים דוגמה למיקרוסקופ מנהור סריקה (STM), הרזולוציה הצדדית שלו היא 0.1-0.2nm, ורזולוציית העומק האורכית שלו היא 0.01nm. רזולוציה זו מאפשרת תצפית ברורה על אטומים בודדים או מולקולות המופצות על פני הדגימה. בינתיים, ניתן להשתמש במיקרוסקופ בדיקה סורק גם לתצפית ומחקר בסביבות אוויר, גזים אחרים או נוזלים.

למיקרוסקופים של בדיקה סריקה יש מאפיינים כמו רזולוציה אטומית, הובלה אטומית וננו-ייצור. עם זאת, בשל עקרונות העבודה השונים של מיקרוסקופים סריקה שונים, התוצאות שהם מקבלים משקפות מידע פני שטח שונה מאוד של הדגימה. מיקרוסקופ המנהור הסורק מודד את מידע ההפצה של שלב האלקטרונים על פני הדגימה, שיש לו רזולוציה ברמה אטומית אך עדיין אינו יכול להשיג את המבנה האמיתי של הדגימה. ומיקרוסקופיה אטומית מזהה את מידע האינטראקציה בין אטומים, כך שהיא יכולה לקבל את מידע הסידור של ההתפלגות האטומית פני השטח של המדגם, שהוא המבנה האמיתי של המדגם. מצד שני, מיקרוסקופיה של כוח אטומי לא יכולה למדוד מידע מצב אלקטרוני שניתן להשוות לתיאוריה, כך שלשניהם יש חוזקות וחולשות משלהם.