Сканирующая зондовая микроскопия

Сканирующая зондовая микроскопия

 
    В наши дни все чаще говорят о нанотехнологиях. Нанотехнологии открывают большой спектр возможностей в разных областях: физике, электронике, химии, биологии, и т.д. Появление наноструктур привело к созданию новых методов и средств, позволяющих изучать их свойства. Для исследования нанообъектов понадобились новые приборы, позволяющие более глубоко и подробно рассмотреть строение и состава вещества, так как обычные микроскопы не могли дать столь большого разрешения.

Одной из важнейших задач современной физики является исследование поверхности твердых тел.

       Наиболее новым и вместе с тем перспективным направлением в исследовании свойств поверхности, в том числе на атомарном уровне, является сканирующая зондовая микроскопия.

    Она представляет собой совокупность большого числа экспериментальных методов по изучению структуры и свойств поверхности, как на микроуровне, так и на уровне отдельных молекул и атомов. Сканирующий зондовый микроскоп измеряет параметры поверхности в небольшой локальной зоне нанометровых размеров вблизи острия зонда. Постепенно перемещая зонд вдоль исследуемой поверхности удается получить представление о свойствах области, размер которой может быть от сотни нанометров до десятков и сотен микрон. В сканирующей зондовой микроскопии вместо зондирующих частиц используется механический зонд, игла. Можно сказать, что, если в оптическом или электронном микроскопах образец осматривается, то в СЗМ – ощупывается.

Традиционные методы исследования поверхности, такие как рентгеновская или ионная дифракция, дифракция медленных электронов, электронная оже-спектроскопия, позволяют получать усредненную по поверхности образца картину расположения атомов, и не дают возможности своими глазами увидеть атомную структуру. Все эти методы, работающие только в вакууме, позволяет разрешать детали нанометрового масштаба, но при этом возможно повреждение образца пучком высокоэнергетических частиц. Кроме того, они не позволяет непосредственно получать информацию о высоте поверхностных деталей.

Частично эти проблемы удалось решить с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). В начале 1980-х годов СТМ ослепляла мир первыми экспериментально полученными изображениями поверхности кремния с атомным разрешением.

  Однако новые, практически неограниченные возможности открылись с изобретением атомного силового микроскопа (АСМ), с помощью которого стало возможным изучать рельеф не только проводящих, но и диэлектрических материалов. С тех пор области применения сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) значительно расширились. Этот метод находит самое широкое применение при исследовании свойств поверхности на воздухе, в газах и жидкостей.

В настоящее время СЗМ используется в большом многообразии дисциплин, как в фундаментальных научных исследованиях, так и прикладных высокотехнологичных разработках.

 Важным принципом  СЗМ является получение точной информации об объекте исследования, посредством дискретного (от точки к точке, от линии к линии) перемещения зонда и считывания информации в каждой точке.