סריקת מיקרוסקופ בדיקה

תחת המונח סריקת מיקרוסקופ בדיקה ישנם מספר מיקרוסקופים ושיטות המדידה הנלוות המשמשות לניתוח משטחים. לכן טכניקות אלה הן חלק מפיסיקת השטח והממשק. מיקרוסקופי בדיקת סריקה מאופיינים בכך שמבחן מדידה מונחה על פני שטח במרחק קטן.

מהו מיקרוסקופ בדיקת סריקה?

כל סוגי המיקרוסקופים בהם נוצרת התמונה כתוצאה מאינטראקציה בין הגשש לדגימה מכונים סריקות מיקרוסקופים. זה מבדיל בין שיטות אלה הן ממיקרוסקופיית אור והן ממיקרוסקופיית אלקטרונים לסריקה. לא משתמשים כאן בעדשות אופטיות ולא אלקטרוניות.

בעזרת המיקרוסקופ של בדיקת הסריקה, משטח המדגם נסרק טיפין אחר טיפוס בעזרת בדיקה. באופן זה מתקבלים ערכים מדודים עבור כל נקודה פרטנית המשולבים אז ליצירת תמונה דיגיטלית.

שיטת בדיקת הסריקה פותחה והוצגה לראשונה בשנת 1981 על ידי Rohrer and Binnig. זה מבוסס על אפקט המנהרה שמתעורר בין קצה מתכתי למשטח מוליך. אפקט זה מהווה את הבסיס לכל שיטות המיקרוסקופיה של בדיקות הסריקה שפותחו מאוחר יותר.

צורות, סוגים וסוגים

ישנם סוגים שונים של מיקרוסקופי בדיקות בדיקה, אשר נבדלים זה מזה בעיקר ביחס לאינטראקציה בין הגשש לדגימה. נקודת המוצא הייתה מיקרוסקופיית המנהור הסריקה, שבשנת 1982 לראשונה אפשר ייצוג נפתר אטומית של משטחים מוליכים חשמליים. במהלך השנים שלאחר מכן התפתחו שיטות מיקרוסקופיות נוספות של בדיקות סריקה.

בעזרת מיקרוסקופ המנהור הסורק מוחל מתח בין פני הדגימה לקצה. זרם המנהרה נמדד בין הדגימה לקצה, שגם הם אינם מורשים לגעת. בשנת 1984 הופיעה מיקרוסקופיה אופטית לשדה הקרוב. כאן האור נשלח דרך הדגימה מבדיקה. במיקרוסקופ הכוח האטומי מוסת הגשש באמצעות כוחות אטומיים. בדרך כלל משתמשים בכוחות של ואן דר וואלס. סטיה של הגשושית היא בעלת יחסי יחסי לכוח, אשר נקבעת על פי קבוע הקפיצים של הגשושית.

מיקרוסקופיה של כוח אטומי פותחה בשנת 1986. בתחילה, מיקרוסקופים של כוח אטומי עבדו על בסיס קצה מנהרה המשמש כגלאי. קצה מנהרה זה קובע את המרחק הממשי בין פני הדגימה לחיישן. הטכנולוגיה עושה שימוש במתח המנהרה הקיים בין גב החיישן לקצה הגילוי.

בימינו, שיטה זו הוחלפה ברובה על ידי עקרון הגילוי, עם איתור באמצעות קרן לייזר שמתפקדת כמצביע אור. זה ידוע גם בשם מיקרוסקופ כוח לייזר. בנוסף פותח מיקרוסקופ כוח מגנטי בו כוחות מגנטיים בין הגשש לדגימה משמשים בסיס לקביעת הערכים הנמדדים.

בשנת 1986 פותח גם המיקרוסקופ התרמי הסרוק, בו חיישן זעיר מתפקד כגוש סריקה. ישנו גם מה שמכונה סריקה אופטית מיקרוסקופ שדה קרוב, שבו האינטראקציה בין בדיקה לדגימה מורכבת מגלים מתרחשים.

מבנה ופונקציונליות

באופן עקרוני, לכל סוגי המיקרוסקופים של בדיקות סריקה יש המשותף שהם סורקים את פני הדגימה ברשת. משתמשים באינטראקציה בין בדיקת המיקרוסקופ לבין פני הדגימה. אינטראקציה זו שונה בהתאם לסוג המיקרוסקופ של בדיקת הסריקה. הבדיקה ענקית בהשוואה לדגימה הנבדקת, ובכל זאת היא מסוגלת לקבוע את מאפייני השטח הזעירים של המדגם. האטום הראשון בקצה הגשש רלוונטי במיוחד בנקודה זו.

בעזרת סריקת מיקרוסקופית בדיקה, רזולוציות של עד 10 פיקומטר אפשריות. לשם השוואה: גודל האטומים הוא בטווח של 100 פיקומטר. הדיוק של מיקרוסקופי האור מוגבל על ידי אורך הגל של האור. מסיבה זו, רק רזולוציות של בערך 200 עד 300 ננומטר אפשריות עם סוג זה של מיקרוסקופ. זה תואם בערך מחצית אורך הגל של האור. לכן קורות אלקטרונים משמשות במקום אור במיקרוסקופ אלקטרונים סורק. על ידי הגדלת האנרגיה ניתן להאריך את אורך הגל בקיצור הרצוי. עם זאת, אורך גל קטן מדי יהרוס את הדגימה.

יתרונות רפואיים ובריאותיים

בעזרת מיקרוסקופ בדיקת סריקה, לא ניתן רק לסרוק את פני הדגימה. במקום זאת, ניתן להסיר אטומים בודדים מהמדגם ולהפקיד שוב במקום מוגדר.

מאז תחילת שנות השמונים, התפתחות מיקרוסקופיית סריקות בדיקה התקדמה במהירות. האפשרויות החדשות לרזולוציה משופרת של הרבה פחות ממיקרומטר היו תנאי הכרחי להתקדמות בתחום הננו-מדעיות והננו-טכנולוגיה.התפתחות זו התרחשה במיוחד מאז שנות התשעים.

בהתבסס על השיטות הבסיסיות לסריקת מיקרוסקופיה של בדיקות, בימינו מחולקות מספר רב של שיטות משנה אחרות. אלה מנצלים סוגים שונים של אינטראקציה בין קצה הבדיקה ומשטח הדגימה.

למיקרוסקופי בדיקות בדיקה יש תפקיד חיוני בתחומי מחקר כמו ננו-כימיה, ננו-ביולוגיה, ננו-ביוכימיה וננו-רפואה. אפילו מיקרוסקופים של סריקת בדיקות משמשים לחקירת כוכבי לכת אחרים כמו מאדים.

מיקרוסקופי בדיקות סריקה משתמשים בטכניקת מיקום מיוחדת המבוססת על מה שמכונה אפקט פייזו. המנגנון להעברת הגשש נשלט על ידי המחשב ומאפשר מיקום מדויק ביותר. זה מאפשר לסרוק את משטחי הדגימות בצורה מבוקרת ולשלב את תוצאות המדידה לתצוגה ברזולוציה גבוהה במיוחד.