بلاگ

میکروسکوپ TEM

اساس عملکرد میکروسکوپ انتقال الکترونی (Transmission Electron Microscope) که به اختصار به آن TEM گویند مشابه میکروسکوپ های نوری است با این تفاوت که به جای پرتوی نور در آن از پرتوی الکترون استفاده می شود. آنچه که می توان با کمک میکروسکوپ نوری مشاهده کرده بسیار محدود است در حالی که با استفاده از الکترونها به جای نور، این محدودیت از بین می‌رود. وضوح تصویر در TEM هزار برابر بیشتر از یک میکروسکوپ نوری است. /

با استفاده از TEM می توان جسمی به اندازه چند انگستروم (۱-۱۰۰ متر) را مشاهده کرد. برای مثال همی‌توانید اجزای موجود در یک سلول یا مواد مختلف در ابعادی نزدیک به اتم را مشاهده کنید. برای بزرگنمایی، TEM ابزار مناسبی است که هم در تحقیقات پزشکی، بیولوژیکی و هم در تحقیقات مرتبط با مواد قابل استفاده است.

در واقع TEM نوعی پروژکتور نمایش اسلاید در مقیاس نانو است که در آن پرتویی از الکترون ها از تصویر عبور داده می شود. الکترون هایی که از جسم عبور می کنند به پرده فسفرسانس برخورد کرده سبب ایجاد تصویر از جسم بر روی پرده می شوند. قسمت های تاریک تر بیانگر این امر هستند که الکترون های کمتری از این قسمت جسم عبور کرده اند( این بخش از نمونه چگالی بیشتری دارد) و نواحی روشن تر مکانهایی هستند که الکترون از آنها عبور کرده است (بخش های کم چگال تر).

وضوح این میکروسکوپ ۲/۰ نانومتر است که در حد اتم است (بیشتر اتم ها ابعادی تقریبا برابر ۲/۰ نانومتر دارند). با این نوع میکروسکوپ حتی می توان نحوه قرار گرفتن اتمها در یک ماده را بررسی کرد.

استفاده از این میکروسکوپ گران و وقت گیر است چرا که نمونه باید در ابتدا به شیوه ای خاص آماده شود لذا تنها در مواردی خاص از میکروسکوپ انتقال الکترونی استفاده نمایند. از این میکروسکوپ جهت تحلیل و آنالیز ریخت شناسی، ساختار کریستالی( نحوه قرارگیری اتمها در شبکه کریستالی) و ترکیب نمونه ها استفاده می شود.

عملکرد میکروسکوپ:

 

[vip-members]

با کمک یک منبع نور در بالای میکروسکوپ ، الکترون ها گسیل و منتشر می شوند. الکترون ها از تیوب خلاء میکروسکوپ عبور می کنند. در میکروسکوپ های نوری از عدسی های شیشه ای برای متمرکز کردن نور استفاده می شود در حالی که در TEM از عدسی های الکترومغناطیسی استفاده می شود تا الکترون های را جمع و متمرکز ساخته به صورت یک پرتوی باریک گسیل نماید. این پرتوی الکترونی از نمونه عبور داده می شود. بسته به چگالی مواد، الکترون ها ممکن است از بخش هایی از جسم بگذرند و به صفحه فلورسانس برخورد نمایند و تصویر سایه مانندی از نمونه ایجاد کنند که میزان تیرگی بخش های مختلف جسم به چگالی مواد در ان بخش ها وابسته است. هر چه جسم کم چگال تر باشد تصویر تیره تر خواهد بود. این تصویر می توان مستقیما توسط اوپراتور مطالعه شود و یا با کمک یک دوربین تصویر برداری شود.

میکروسکوپ SEM

Scanning Electron Microscopy

در میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، یک پرتو الکترونی به نمونه می‌تابد. منبع الکترونی (تفنگ الکترونی) معمولاً از نوع انتشار ترمویونیکی فیلامان یا رشته تنگستنی است اما استفاده از منابع گسیل میدان برای قدرت تفکیک بالاتر، افزایش یافته است…

منبع الکترونی (تفنگ الکترونی) معمولاً از نوع انتشار ترمویونیکی فیلامان یا رشته تنگستنی است اما استفاده از منابع گسیل میدان برای قدرت تفکیک بالاتر، افزایش یافته است معمولاً الکترون‌ها بینKeV1-30 شتاب داده می‌شوند. سپس دو یا سه عدسی متمرکزکننده پرتو الکترونی را کوچک می‌کنند، تا حدی که در موقع برخورد با نمونه قطر آن حدوداً بین nm2-10 است.
استفاده‌‌های عمومی

۱- تصویرگرفتن از سطوح در بزرگنمایی ۱۰ تا ۱۰۰،۰۰۰ برابر با قدرت تفکیک در حد ۳ تا ۱۰۰ نانومتر (بسته به نمونه)
۲- در صورت تجهیز به آشکارساز back Scattered میکروسکوپ‌ها قادر به انجام امور زیر خواهند بود:
a) مشاهده مرزدانه، در نمونه‌های حکاکی ‌نشده، b) مشاهده حوزه‌ها (domains) در مواد فرومغناطیس، c) ارزیابی جهت کریستالوگرافی دانه‌ها با قطرهایی به کوچکی ۲ تا ۱۰ میکرومتر، d) تصویرنمودن فاز دوم روی سطوح حکاکی‌نشده (در صورتی که متوسط عدد اتمی فاز دوم، متفاوت از زمینه باشد).
۳- با اصلاح مناسب میکروسکوپ می‌توان از آن برای کنترل کیفیت و بررسی عیوب قطعات نیمه‌هادی استفاده نمود.

نمونه‌هایی از کاربرد

۱- بررسی نمونه‌هایی که برای متالوگرافی آماده شده‌اند، در بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری
۲- بررسی مقاطع شکست و سطوحی که حکاکی عمیق شده‌اند، که مستلزم عمق میدانی بسیار بزرگتر از حد میکروسکوپ نوری است.
۳- ارزیابی جهت کریستالوگرافی اجرایی نظیر دانه‌ها، فازهای رسوبی و دندریت‌ها بر روی سطوح آماده‌شده برای کریستالوگرافی
۴- شناسایی مشخصات شیمیایی اجزایی به کوچکی چندمیکرون روی سطح نمونه‌ها، برای مثال،‌ آخال‌ها، فازهای رسوبی و پلیسه‌های سایش
۵- ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونه‌ها در فاصله‌ای به کوچکی µm 1
6- بررسی قطعات نیمه‌هادی برای آنالیز شکست، کنترل عملکرد و تأیید طراحی

نمونه‌ها

اندازه: محدودیت اندازه توسط طراحی میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی موجود تعیین می‌شود. معمولاً نمونه‌هایی به بزرگی ۱۵ تا ۲۰ سانتیمتر را می‌توان در میکروسکوپ‌ قرار داد ولی نمونه‌های ۴ تا ۸ سانتیمتر را می‌توان بدون جابجاکردن نمونه بررسی کرد.
آماده‌سازی: مواد غیرهادی معمولاً با لایه نازکی از کربن، طلا یا آلیاژ طلا پوشش داده می‌‌شوند. باید بین نمونه و پایه اتصال الکتریکی برقرار شود و نمونه‌هایی ریز نظیر پودرها باید روی یک فیلم هادی نظیر رنگ آلومینیوم پخش شده و کاملاً خشک شوند. نمونه‌ها باید عاری از مایعاتی با فشار بخار بالا نظیر آب، محلول‌های پاک‌کننده آلی و فیلم‌های روغنی باقی‌مانده باشند.

آنالیز شیمیایی در میکروسکوپ الکترونی

هر گاه الکترون‌هایی با انرژی بالا به یک نمونه جامد برخورد کنند، موجب تولید اشعه X مشخصه اتم‌های موجود در نمونه می‌شوند.
به هنگام بحث در مورد تشکیل تصویر درSEM و TEM این پرتوهای x تا حد زیادی نادیده گرفته می‌شود. اگر چه، با این کار از حجم عظیمی از اطلاعات صرف‌نظر می‌شود با این حال دانشمندان در دهه ۱۹۵۰ متوجه این نکته شدند و از آن زمان میکروسکوپ‌های الکترونی به طور فزاینده‌ای برای میکروآنالیز(microanalysis) استفاده می‌شوند. عبارت میکروآنالیز به این معنی است که آنالیز می‌تواند بر روی مقدار بسیار کوچکی از نمونه، یا در بیشتر موارد بر روی قسمت بسیار کوچکی از یک نمونه بزرگتر، صورت گیرد. از آنجا که با روش‌های معمولی شیمیایی و طیف‌نگاری نمی‌توان این کار را انجام داد، میکروآنالیز در میکروسکوپ الکترونی به صورت ابزار مهمی برای تشخیص خصوصیات انواع مواد جامد درآمده است.
اصولاً دو چیز را می‌توان از طیف پرتوx منتشر شده توسط هر نمونه تعیین نمود. اندزه‌گیری طول موج (یا انرژی) هر پرتو x مشخصه منتشر شده امکان تشخیص عناصر حاضر در نمونه یا انجام آنالیز کیفی را میسر می‌سازد. اندازه‌گیری تعداد هر نوع پرتوx منتشر شده در هر ثانیه، تعیین مقدار حضور عنصر در نمونه یا انجام آنالیز کمّی را امکان‌پذیر می سازد شرایط لازم برای نمونه و دستگاه جهت آنالیز کمّی به گونه‌ای است که گذر از مرحله آنالیز کیفی به کمّی ‌ به آسانی میسر نخواهد بود.

محدودیت‌ها

۱-کیفیت تصویر سطوح تخت، نظیر نمونه‌هایی که پولیش و حکاکی متالوگرافی شده‌اند، معمولاً در بزرگنمایی کمتر از ۳۰۰ تا ۴۰۰، برابر به خوبی میکروسکوپ نوری نیست.
۲-قدرت تفکیک حکاکی بسیار بهتر از میکروسکوپ نوری است، ولی پایین‌تر از میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ عبوری روبشی است.

میکروسکوپ SEMM

Scanning Evanescent Electro-Magnetic Microscope

میکروسکوپ الکترومغناطیسی ناپایدار روبشی

یک میکروسکوپ روبشی که از امواج الکترومغناطیسی ناپایدار میدان نزدیک برای بررسی خواص نمونه استفاده می کند .SEMM قادر به تصویر برداری با قدرت تفکیک بالا و اندازه گیری کمی خواص الکتریکی نمونه است . SEMM می تواند از امپدانس الکتریکی پیچیده ، رسانایی ، اتلاف مماسی ، پایداری الکتریکی و سایر پارامتر های الکتریکی مواد نقشه برداری کند .

میکروسکوپ SPM

Scanning Proximity Microscope

میکروسکوپ پروپ روبشی که در آن پروپ در نزدیکترین مجاورت با سطح نمونه قرار گرفته است .

میکروسکوپ STM

Scanning Tunneling Microscope

میکروسکوپ تونلی روبشی

میکروسکوپ روبشی تونل زنی (STM) دستگاهی است که برای بررسی ساختار و برخی از خواص سطوح مواد رسانا و مواد بیوتکنولوژیکی که تا حدی رسانا هستند و همچنین لایه های نازک نارسانا که روی زیر لایه رسانا ، در حد ابعاد نانومتری لایه نشانی شده اند بکار می رود.

مبنای اندازه گیری هندسه و خواص سطحی در این دستگاه بر این واقعیت استوار است که هر گاه فاصله یک سوزن تیز رسانا از یک سطح رسانا حدود چند آنگسترون باشد (متصل نشود) و اختلاف ولتاژی به بزرگی حدود چند ده میلی ولت به آن اعمال شود جریان الکتریکی حدود چند نانو آمپر بین سوزن و سطح برقرار می شود . به این پدیده در اصطلاح جریان تونل زنی گفته می شود . این پدیده تنها در سایه ی مکانیک کوانتمی روی می دهد چرا که الکترون ها در انتقال از سوزن به سطح و برعکس از ناحیه ای می گذرند که انرژی پتانسیل الکترون از انرژی کل آن بزرگتر است ( ناحیه ی بین سوزن و سطح ).

مقدار جریان الکتریکی تابعی از فاصله ی سوزن از سطح ، شکل و جنس سوزن ، هندسه و جنس سطح و اختلاف ولتاژ سوزن و سطح می باشد . در دستگاه STM این سوزن تیز رسانا به بازوهای پیزوالکتریکی متصل است که به وسیله ی آنها سوزن به هر نقطه ی دلخواه از سطح با فاصله ی دلخواه از آن نقطه منتقل می شود و امکان بررسی خواص آن نقطه از سطح فراهم می شود. برای تعیین خواص نقاط مختلف سطح از STM به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم استفاده می شود. در واقع در تعیین خواصی که مستقیما از روی تغییرات جریان تونلی بر حسب فاصله ی سوزن از سطح و اختلاف ولتاژ اعمال شده استنتاج می شوند از STM به صورت مستقیم استفاده شده است.خواصی از سطح که به طور مستقیم توسط STM تعیین می شود عبارتند از : توپوگرافی هندسی سطح ، تابع کار نقاط مختلف سطح ، چگالی حالات انرژی نقاط مختلف سطح ،تراز های ارتعاشی نقاط مختلف سطح ، حوزه های مغناطیسی سطوح و مغناطش آنها.

در دسته ی دیگر روش های تعیین خواص سطحی ، از جریان تونلی برای تحریک الکترون های یک نقطه از سطح استفاده می شود . در این حالت به طور موقت برخی از خصوصیات آن نقطه از سطح تغییر می کند که باعث می شود.

این نقاط توسط روش های دیگر اسپکتروسکوپی ( مانند اسپکتروسکوپی رامان ، لومینسانس ) قابل شناسایی شوند.به عنوان مثال آشکارسازی انرژی فوتون های لومینسانس ( فوتون هایی که در بازگشت الکترون های تحریک شده بر اثر جریان تونلی به ترازهای پایین تر تولید می شوند) به عنوان اثرانگشت ترازهای انرژی آن نقطه از سطح محسوب می شود. همچنین جریان موضعی تونلی باعث افزایش یک میلیون برابری سطح مقطع رامان می شود که با اسپکتروسکوپی رامان آشکار سازی خصوصیلات آن نقطه از سطح ممکن می شود.

اصول کار STM بدین صورت است که یک سوزن بسیار ظریف و نوک تیز رسانا به یک بازوی پیزوالکتریک متصل شده است. به منظور تنظیم مکان سوزن نسبت به سطح نمونه مورد بررسی با اعمال اختلاف ولتاژهای مناسب به پیزوالکتریک (ها) در راستای x^،y^،z^ سوزن را به هر نقطه ی دلخواه از فضای سه بعدی ، با دقت آنگسترون ، می توان منتقل کرد. برای تهیه ی نقشه خصوصیات یک ناحیه از سطح ، سوزن به بالای تک تک نقاط سطح منتقل می شود ( به این کار در اصطلاح “روبش سطحی” گفته می شود

). در این حالت در یک ارتفاع معین اختلاف ولتاژ خاصی بین سطح نمونه و سوزن رسانا اعمال می شود و جریان الکتریکی تونلی اندازه گیری می شود. وابسته به مد مورد استفاده STM این کار ممکن است در ارتفاع متعدد و با اختلاف ولتاژهای متعدد تکرار شود. برای تنظیم ارتفاع از یک مدار فیزیک کنترلی الکترونیکی استفاده می شود و درهر گام روبش سطحی فرمان تغییر ارتفاع توسط این مدار به دفعات صادر می شود تا ارتفاع سوزن در محدوده ی مناسب قرار گیرد.

همانطور که قبلا گفته شد. اندازه ی این جریان تابعی از جنس سطح ، فاصله ی سوزن از سطح و اختلاف ولتاژ اعمال شده می باشد . بنابراین این بررسی اندازه ی جریان منتج به خصوصیات سطح و ارتفاع سوزن از سطح ی شود.

جریان عملکرد STMدر مدهای مختلف بررسی می شود.

۱- مد جریان ثابت : در صورتی که جنس سطح ]و چگالی حالات انرژی الکترون ها [ در نقاط مختلف سطح یکسان باشد این روش فرآیند مطمئنی برای تعیین توپوگرافی هندسی سطح مواد ، با دقت آنگسترون ، محسوب می شود. در این روش در هر گام روبشی سطحی ارتفاع سوزن از سطح به اندازه ای تنظیم می شود که جریان تونلی به مقدار معین برسد . از طرفی با توجه به فرض یکسان بودن جنس سطح ( و چگالی حالات انرژی الکترون ها ) در نقاط مختلف سطح مقدار جریان تونلی تنها از ارتفاع سوزن از سطح خواهد بود. بنابراین تحت این شرایط ، حین فرایند روبش سطحی ، ثابت بودن جریان تونلی به معنی ثابت بودن ارتفاع سوزن از سطح می باشد. در نتیجه با ثبت مسیر پیزوالکتریک حین فرایند روبش سطحی از توپوگرافی هندسی سطح مطلع می شویم.

در صورتی که جنس سطح و چگالی حالات انرژی الکترون ها در نقاط مختلف سطح یکسان نباشد یا از یکسان بودن آنها اطمینان نداشته باشیم ، این روش نتایج مطمئنی را به دست نخواهد داد . در زیر تصاویر به دست آمده توسط STM از ساختار اتمی یک نانو تیوب و همچنین سطح سیلیکون را مشاهده می کنید.

۲- مد ارتفاع ثابت : این مد روش سریعی برای تعیین توپوگرافی هندسی سطح می باشد.

در اختلاف ولتاژ ثابت ارتباط جریان تونلی بر حسب فاصله ی سوزن از سطح مطابق رابطه (-۲kz) IT- expمی باشد که z نشانگر فاصله ی سوزن از سطح وk13 ثابتی است که به جنس سطح و جنس و شکل سوزن بستگی دارد. در نتیجه با آگاهی از اندازه ی جریان تونلی می توانیم از فاصله ی سوزن از سطح آگاه شویم. با توجه به مطالب بالا اگر ارتفاع پیزوالکتریک نسبت به افق حین فرآیند روبش ثابت باشد ، در نقاط مختلف جریان های تونلی مقدار متفاوتی خواهد داشت. در نتیجه از روی رابطه بالا فاصله ی سوزن از سطح به دست می آید که به معنی معلوم شدن توپوگرافی هندسه سطح می باشد.

مزیت مد “ارتفاع ثابت” به مد جریان ثابت سرعت بالای فرآیند اندازه گیری است چرا که برخلاف مد “جریان ثابت” مدار فیدبک نقشی در کنترل ارتفاع ایفا نمی کند و در نتیجه تاخیر زمانی وابسته به سیکل های متعدد مدار فیدبک وجود نخواهد داشت. محدودیت این مد لزوم همواری بالای سطح مورد بررسی و اطمینان از این مساله است چرا که برای بدست آمدن سیگنال مناسب جریان تونلی ، فاصله سوزن از سطح باید در محدوده ی چند آنگستروم باقی بماند. از طرفی در صورت ناهمواری زیاد سطح حین فرآیند روبش سطحی ، سوزن به سطح گیر می کند . سطح و سوزن تخریب می شوند.

از مدهای دیگر می توان به مد نقشه برداری از تابع کار سطح ، تعیین نقشه چگالی حالات انرژی الکترون ها و سنجش نقشه ترازهای انرژی ارتعاشی الکترون ها در نقاط مختلف سطح اشاره نمود.

میکروسکوپ SCM

Scanning Capacitance Microscope

میکروسکوپ خازنی روبشی

SCMروش سریع و آسان برای تصویر برداری مستقیم از سیستم های زیرمیکرونی و همچنین تصویر برداری از ناخالصی های موجود در نمونه است.

SCMدارای یک سنسور خازنی ارتعاشی با فرکانس بسیار بالا است که از طریق سیستم های انتقالی به یک سوزن باریک وصل شده است ، اساس SCM برپایه مفاهیم خواص نیمه هادی موجود در نمونه است ، در این روش سوزن باریک به عنوان فلز عمل کرده و یک لایه از اکسید عایق روی سطح نمونه نیمه هادی به وجود می آید. خازن نمونه – سوزن با انواع ظرفیت هایی که می تواند داشته باشد ، باعث بالا بردن انتهای سیستم انتقالی و تغییر فرکانس تشدیدی سیستم می شود. خازن سوزن ـ نمونه به وسیله انتقال دهنده ی مدوله کننده روبش داده می شود در این فرآیند از یک ، یکسو کننده که شامل جریان های AC و DC است ، نیز استفاده می شود ، نتیجه آن ایجاد سیگنال dc/dv (ظرفیت خازن =c ، اختلاف ولتاژ=v) است با نسبت سیگنال به نویز بالا به دست می آید.

در این روش، حین فرآیند روبش ، تفاوت مشخصات ارتعاشی سوزن در گام های مختلف روبش ثبت می شود و نواحی مختلف نمونه که ساختارهای متفاوتی دارند از یکدیگر متمایز می شوند

میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیک EFM

میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیکی یک نوع میکروسکوپ AFM اصلاح شده است که در آن تیرک به یکسو کننده ی قابل کنترل متصل است. یکسو کننده برای تولید یک میدان الکترواستاتیکی بین سوزن و ماده به کار می رود. اندازه و شکل سوزن عامل مهمی برای مشاهده ی تصویر است.

EFM برای تشخیص نواحی عایق و رسانا در نمونه استفاده می شود. با استفاده از EFM دو نوع تصویر به وجود می آید که تصویر اول گرادیان میدان الکتریکی روی سطح و دیگری پتانسیل سطح را نشان می دهد.

روش گرادیان میدان الکتریکی نشان دهنده ی تغییر در میدان الکتریکی داخل نمونه به وسیله القای نیرو روی سوزن روبش کننده است. در این مورد ولتاژ ثابت روی سوزن باقی می ماند و به ولتاژ بازخور نیازی نیست. وقتی سوزن به ناحیه ای می رسد که باعث دفع آن می شود.از سطح دور می گردد و هنگامی که به ناحیه جذب کننده می رسد به سطح نزدیک می شود ، هر دوی این تاثیرات با اندازه گیری انحراف تیرک و به صورت ارتفاع سطح مشخص می شود. در روش پتانسیل سطح ، ولتاژی سطح نمونه به وسیله ی اعمال ولتاژ روی سوزن اندازه گیری می شود ، اعمال ولتاژ باعث می شود تا سوزن انحراف نداشته باشد ، ولتاژ اعمال شده پارامتری برای به دست آوردن تصویر از سطح نمونه است.

میکروسکوپ ولتاژی روبشیSVM

میکروسکوپ ولتاژی روبشی که نانوپتانسیومتری نیز نامیده می شود ، یک روش بر پایه AFM است. در این روش سوزن رسانا که معمولا چند نانومتر عرض دارد ، در تماس کامل با نمونه های الکترونیکی و آپتوالکترونیکی است. با ارتباط سوزن به یک ولتاژ با مقاومت الکتریکی بالا و به دست آوردن پتانسیل الکتریکی نقاط مختلف سطح ، تصویری از سطح نمونه حاصل می شود.SVM یک روش غیر مخرب است ، هر چند گاهی اوقات با اعمال ولتاژ زیاد ، سطح نمونه تخریب می شود. چنانچه مقاومت داخلی ولتامتر به اندازه کافی بالا باشد ، سوزن باعث آشفتگی و به هم ریختن نمونه نمی شود.

SVM برای آنالیز دستگاه های میکروالکترونیک ( نظیر ترانزیستور و دیودها ) و دستگاه های الکترونیکی ( نظیر لیزرهای دیودی چاه کوانتمی ) مناسب است و همچنین برای بازبینی طراحی دستگاه های الکترونیکی پیچیده کاربرد دارد. برای مثال ، با استفاده از این روش برش عرضی پتانسیل ساختار نانولایه های کوانتومی در لیزرهای دیودی ، آنالیز می شوند. در این حالت توزیع چاه و الکترون در نمونه مشخص می گردد.

میکروسکوپ نیروی پروپ کلوین KPFM

میکروسکوپ نیروی پروپ کلوین (KPFM) که میکروسکوپ پتانسیل سطح نیز نامیده می شود ، از نوع میکروسکوپ غیر تماسی AFM است که در سال ۱۹۹۱ اختراع شده است. KPFM یک روش پروپ روبشی است که در آن اختلاف پتانسیل بین سوزن و سطح اندازه گیری می شود.در این روش تابع کار سطح در سطوح اتمی و مولکولی مشاهده می شود.نقشه تابع کار که به وسیله KPFM تهیه می شود. شامل اطلاعاتی درباره ی ترکیب وحالات الکتریکی ساختارهای موضعی روی سطوح جامد است. در این روش تیرک نقش الکترود مرجع را بازی می کند که با سطح یک خازن را تشکیل می دهد ، تیرک بر خلاف AFM معمولی دارای فرکانس تشدیدی مکانیکی نیست. در این روش یک ولتاژ با جریان متناوب (AC) استفاده می شود و هنگامی که یک اختلاف پتانسیلDC بین سوزن و سطح وجود داشته باشد اختلاف ولتاژ DC/AC باعث می گردد که تیرک ارتعاش پیدا کند. یک ولتاژ بی اثر برای به وجود آوردن پتانسیل DC اعمال می شود تا ارتعاش را به حد مینیمم برساند ، نقشه حاصل از اعمال این ولتاژ باعث تعیین موقعیت و تشکیل تصویر می گردد.تفاوت این روش با EFM در این است که در EFM به طور مستقیم نیروی حاصله از سوزن باردار به وسیله میدان الکتریکی ناشی از سطح اندازه گیری می شود و تصویر را بدست می دهد.EFM و KPFM نیاز به سوزن رسانا نظیر سیلیکون پوشیدهاز فلز دارند

میکروسکوپ مدولاسیون نیرو FMM

FMM یکی از مدهای AFM است که در آن سوزن در تماس با نمونه است و لوپ بازخورZ ، تیرک را در حالت انحرافی ثابتی نگه می دارد ، دامنه مدولاسیون تیرک که نتیجه استفاده از سیگنالی ثابت بر روی سوزن یا نمونه است با توجه به خواص الاستیکی نمونه تغییر می کند. به همین دلیل این روش برای بررسی خواص مکانیکی نمونه قابل استفاده است.

میکروسکوپ نوری پیمایشی میدان نزدیک SNOM

اساس کار دستگاه های میکروسکوپی نوری میدان نزدیک روبشی در سال ۱۹۷۲ توسط Ash وNicholls کشف شد. ولی اولین دستگاه میکروسکوپی نوری میدان نزدیک روبشی در سال ۱۹۹۱ توسط Betzing ساخته شد. این دستگاه در حقیقت بسیار شبیه دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی AFM می باشد تا میکروسکوپ های نوری .

دستگاه SNOM تصویر بسیار خوبی از توپوگرافی نمونه با قدرت تفکیک عمودی خوبی به ما می دهد. تفاوت دستگاه AFM و SNOM در پروپ آنها برای روبش سطح می باشد. سوزن دستگاه AFM از سیلیکون ساخته شده است. در حالی که سوزن دستگاه SNOM از یک فیبر نوری تشکیل شده است. بر خلاف دستگاه AFM سوزن دستگاه SNOM علاوه بر تعیین توپوگرافی سطح برای روشن کردن نمونه نیز به کار می رود.

بر خلاف دستگاه AFM ، دستگاه SNOM فقط در حالت غیر تماسی کار می کند. در SNOM فاصله بین سوزن تا سطح نمونه با میزان میرایی پروب اندازه گیری می شود.

روش عملکرد SNOM بدین صورت است که توسط فیبر نوری ، به نمونه نور تابیده می شود. نور بازگشت شده از نمونه توسط یک فیبر دیگر جمع می شود. با استفاده از این ساختار می توان قابلیت بازتاب و یا فوتولومینسانس نمونه ها را علاوه بر توپوگرافی نمونه بدست آورد. کاربرد دیگر دستگاه SNOM اندازه گیری انتشار نور از کریستال فوتونیک و یا هدایت امواج در ساختارهای لیزری می باشد.

موارد اصلی کاربرد SNOM عبارتند از :

۱- تهیه تصاویر با قدرت تفکیک بالا از سلول ها

۲- بررسی ساختار فازها در پلیمر های لایه ها

۳- بررسی ساختار داخلی ژل های پلیمری

۴- شکل دهی پلیمر

۵- اسپکتروسکوپی تک مولکول ها

میکروسکوپ نیروی مغناطیسی MFM

میکروسکوپ نیروی مغناطیسی نیز یک روش SPM است که می تواند توزیع فضایی مواد مغناطیسی را با اندازه گیری برهم کنش مغناطیسی بین نمونه و سوزن نشان دهد ، با کوچکتر شدن سیستم های مغناطیسی ، نیاز به روشی برای تفکیک اندازه های نانو ضروری به نظر می رسد. اساس اندازه گیری MFM بر پایه AFM غیر تماسی (AFM – NC ) است ، برخلاف AFM غیر تماسی در روش MFM مواد مغناطیسی در نمونه و سوزن استفاده می شوند. بر همین اساس نه تنها از نیروی اتمی استفاده نمی شود بلکه فقط برهم کنش مغناطیسی اندازه گیری می شود. برهم کنش هایی که در MFM اندازه گیری می شود شامل برهم کنش دی پل ممان مغناطیسی نمونه و سوزن است.

به دلیل این که میدان مغناطیسی نمونه و حالت مغناطیسی ایجاد شده بر یکدیگرتاثیر می گذارند در اغلب موارد بدست آوردن اطلاعات کمی در اندازه گیری MFM مشکل به نظر می رسد. برای تفسیر اطلاعات حاصله به صورت کمی ، کنفیگوراسیون سوزن بایستی مشخص باشد. در این صورت می توان به اندازه گیری هایی در حدود nm 30 دست یافت.

[/vip-members]