Энциклопедический словарь нанотехнологий

СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ

Термин
сканирующая зондовая микроскопия
Термин на английском
scanning probe microscopy
Синонимы
Аббревиатуры
СЗМ, SPM
Связанные термины
"умные" материалы, атомно-силовая микроскопия, манипуляция атомами, кантилевер, микроскоп, микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая туннельная спектроскопия, зонд, микроскопия зондовая
Определение
Область микроскопии, в которой изображение поверхности объекта формируется с помощью зонда, сканирующего поверхность объекта. 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

Эра сканирующей зондовой микроскопии началась благодаря изобретению сканирующего туннельного микроскопа в 1981 году.

Разрешение для различных методов изменяется от субмикронного до атомного. Это в значительной степени обусловлено возможностями пьезоэлектрических двигателей, которые обеспечивают прецизионные перемещения с субнанометровой точностью. Другой общей особенностью СЗМ является то, что данные, как правило, получают в виде двумерного массива значений, который отображают, используя условную раскраску.

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 сканирующей зондовой микроскопии:

  • 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 (нанолитография);

(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, д.ф.-м.н.
  • Саранин Александр Александрович, д.ф.-м.н.
Ссылки
  1. Введение в физику поверхности: Пер. с англ. / Оура Кендзиро, Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. - М. Наука, 2006. - 490 с.
  2. Meyer E. et al. Scanning Probe Microscopy: The Lab on a Tip. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2003 - 210 p.
Иллюстрации
Теги
Разделы
Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.
Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов
(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО»)