Словарь нанотехнологий
Сканирующая зондовая микроскопия

Сканирующая зондовая микроскопия

Термин

сканирующая зондовая микроскопия

Термин на английском

scanning probe microscopy

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.

Разделы

Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.

Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов