Rastersondenmikroskopie: 5 wichtige Konzepte

Inhalt: Rastersondenmikroskopie

Was ist Rastersondenmikroskopie?

Die Rastersondenmikroskopie oder SPM ist eine Mikroskopietechnik, die Bilder durch Scannen der Probe mit Hilfe einer Sonde erzeugt und in der Lage ist, kleine lokale Unterschiede in der Höhe des spezifischen Probenmaterials zu messen, ohne durch Beugung beeinträchtigt zu werden. Diese Mikroskope können mehrere Wechselwirkungen mit der Probe gleichzeitig abbilden.

Welche Arten von Rastersondenmikroskopen gibt es?

Rastersondenmikroskope können von verschiedenen Typen sein, wie zum Beispiel:

AFM (Rasterkraftmikroskopie):

AFM (Atomkraftmikroskopie) ist eine sehr hochauflösende Mikroskopietechnik, bei der die Auflösung in der Größenordnung eines Bruchteils eines Nanometers liegt. AFM kann weiter unterteilt werden in

Rasterkraftmikroskopie mit dynamischem Kontakt.

Rasterkraftmikroskopie.

Kontakt-Rasterkraftmikroskopie.

Berührungslose Rasterkraftmikroskopie.

CFM oder chemische Kraftmikroskopie.

KPFM- oder Kelvin-Sondenkraftmikroskop.

MFM oder Magnetkraftmikroskopie.

AFM-IR or Infrarotspektroskopie auf der Basis der Rasterkraftmikroskopie.

C-AFM oder leitfähige Rasterkraftmikroskopie.

EFM oder elektrostatische Kraftmikroskopie.

PFM oder The Piezo Response Force Mikroskopie.

PTMS oder Photothermische Mikrospektroskopie / Mikroskopie.

SVM oder The Scanning Voltage Microscopy.

FMM- oder Kraftmodulationsmikroskopie.

SGM oder The Scanning Gate Microscopy.

Rastersondenmikroskopie
AFM-Darstellung. Bildquelle: anonym, Blockdiagramm des Rasterkraftmikroskops, als gemeinfrei gekennzeichnet, weitere Details zu Wikimedia Commons

STM (Rastertunnelmikroskop):

STM bildet eine Probe mit einer sehr scharfen leitenden Spitze ab und ist in der Lage, eine Bildauflösung im Bereich zwischen 0.1 und 0.01 nm zu erzeugen und weiter aufzuteilen.

Die Raster-Hall-Sondenmikroskopie oder SHPM.

Die spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie oder SPSM.

Die ballistische Elektronenemissionsmikroskopie oder BEEM.

Die Synchrotron-Röntgen-Rastertunnelmikroskopie oder SXSTM.

Das elektrochemische Rastertunnelmikroskop oder ECSTM.

Die Photonen-Rastertunnelmikroskopie oder PSTM.

Die Rastertunnelpotentiometrie oder STP.

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STM-Diagrammdarstellung (Rastertunnelmikroskop). Bildquelle: Michael Schmidt und Grzegorz PietrzakRastertunnelmikroskop schematischCC BY-SA 2.0 AT

SPE, Rastersonden-Elektrochemie:

SPE, Scanning Probe Electrochemistry ist eine mikroskopische Technik, die speziell zur Untersuchung des elektrochemischen Verhaltens verschiedener fester oder flüssiger Proben entwickelt wurde. SPE kann weiter unterteilt werden in:

Die Rastervibrationselektrodentechnik oder (SVET).

Die Scan-Kelvin-Sonde oder (SVP).

Das Rasterionenleitfähigkeitsmikroskopie oder (SICM).

Die elektrochemische Rastermikroskopie oder (SECM).

Sicm
SPE, Rastersonden-Elektrochemie, schematische Darstellung. Bildquelle: Paul VenterSicm, als gemeinfrei gekennzeichnet, weitere Details zu Wikimedia Commons

NSOM | Optische Nahfeld-Rastermikroskopie:

Die optische Nahfeld-Rastermikroskopie (NSOM) oder optische Raster-Nahfeldmikroskopie ist eine mikroskopische Technik (SNOM), die speziell zur Untersuchung von Nanostrukturen und zur Analyse im Nanobereich entwickelt wurde.

NanoFTIR ist eine Art von NSOM-Technik, mit der das Fernauflösungslimit durch Nutzung der Eigenschaften der abklingenden Welle überschritten werden kann.

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NSOM-Setup Bildquelle: Sgptch at Englische WikipediaNSOM-Setup, als gemeinfrei gekennzeichnet, weitere Details zu Wikimedia Commons

Andere Variationen von SPM sind

Die Raster-Thermoionenmikroskopie (STIM).

Die Ladungsgradientenmikroskopie (CGM).

Die Rasterausbreitungswiderstandsmikroskopie (SSRM).

Die Rasterwiderstandssondenmikroskopie (SRPM).

Die Raster-Einzelelektronentransistormikroskopie (SSET).

Die Raster-SQUID-Mikroskopie (SSM).

Welche Art von Sondenspitze wird für die Rastersondenmikroskopie verwendet?

Der Typ der verwendeten SPM-Sondenspitze hängt vollständig von der Art des verwendeten SPM ab. Durch die Kombination der Topografien der Probe und der Form der Spitze wird ein SPM-Bild erzeugt. Bei fast allen SPMs sind jedoch einige gemeinsame Merkmale zu erkennen, und die Sonde muss eine extrem scharfe Spitze haben, und die Auflösung des Mikroskops wird hauptsächlich durch die Spitze der Sonde bestimmt. Schärfere Sonden bieten eine bessere Auflösung als stumpfe Sonden und enden mit einem Atom für die Bildgebung mit atomarer Auflösung.

Für mehrere auslegerabhängige Rastersondenmikroskope wie AFM (Atomkraftmikroskopie) und MFM (Magnetkraft Mikroskopie), die Herstellung des gesamten Auslegers und der integrierten Sonde durch den Ätzprozess mit Siliziumnitrid und STM (Rastertunnelmikroskop) und SCM (Rasterkapazitätsmikroskop) erfordern leitende Sonden, die typischerweise aus Platin/Iridium-Draht und anderen Materialien wie Gold bestehen sind wird gelegentlich aus probenbezogenen Gründen verwendet oder wenn das SPM mit anderen Experimenten wie TERS zusammengeführt werden muss.

Iridium / Platin und andere solche Umgebungssonden werden normalerweise mit scharfen Drahtschneidern geschnitten. Die effektivste Methode besteht darin, einen Großteil des Weges durch den Draht zu schneiden und dann zu ziehen, um den verbleibenden Teil des Drahtes zu reißen, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines einzelnen Atomabschlusses erhöht wird. Die für solche Zwecke verwendeten Wolframdrähte werden im Allgemeinen elektrochemisch geätzt und danach wird die Oxidschicht entfernt, wenn sich die Spitze unter UHV-Bedingungen befindet.

Was sind die Vorteile der Rastersondenmikroskopie?

Vorteile von S.Konservensondenmikroskopie

  • Die Bildauflösung wird bei dieser Methode nicht durch Beugung beeinflusst.
  • Dies ist in der Lage, einen sehr kleinen (so kleinen wie Pikometerbereich) lokalen Unterschied in der Höhensakale zu messen.
  • Die Wechselwirkungen, die an der Bilderzeugung mittels Rastersondenmikroskopie beteiligt sind, können zur Erzeugung kleiner struktureller Änderungen (durch den Rastersondenlithographieprozess) verwendet werden.
  • Es ist nicht erforderlich, dass die Probe in der Rastersondenmikroskopie in ein Vakuum gebracht wird. Diese mikroskopische Technik funktioniert auch unter normalen atmosphärischen Bedingungen gut.

Was sind die Nachteile der Rastersondenmikroskopie?

Wie jede andere Mikroskopietechnik weist auch die Rastersondenmikroskopie bestimmte Einschränkungen auf:

  • Bei der Rastersondenmikroskopie wird es manchmal schwierig, die detaillierte Form der Abtastspitze zu bestimmen. Dieser Fehler macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn die Höhe der Probe über seitliche Abstände von weniger als 10 nm erheblich variiert.
  • Bilder, die mit einem Rastersondenmikroskop erzeugt werden, benötigen im Allgemeinen viel Zeit, um sich zu bilden. Heutzutage werden verschiedene Modifikationen vorgenommen, um die Abtastrate von Proben zu erhöhen.
  • Die maximale Größe des mit einem Rastersondenmikroskop erzeugten Bildes ist im Allgemeinen gering.
  • Dies ist nicht für die Fest-Fest- oder Flüssig-Flüssig-Probengrenzfläche geeignet.

Was ist Rasterelektronenmikroskopie?

Das Rasterelektronenmikroskop hat Bilder durch Scannen der Oberfläche einer Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls erzeugt und es gibt zwei Arten.

  • Rastertransmissionselektronenmikroskopie.
  • Rastertunnelmikroskopie.

Das Rasterelektronenmikroskop basiert auf der Sekundärelektronenemission von der oberen Oberfläche der Probe. Rasterelektronenmikroskope werden auch zum Zählen von Zellen oder anderen Partikeln, zum Bestimmen der Größe makromolekularer Komplexe und zur Prozesssteuerung für weitere Details zu Rasterelektronenmikroskopen verwendet Besuchen Sie hier .

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