مهندسی تجهیزات پزشکی

خبرهای ویژه

» میکروسکوپ ها » میکروسکوپ پروب روبشی

تاریخ انتشار : ۱۳۹۵/۱۰/۳۰ - ۱۲:۰۲

میکروسکوپ پروب روبشی

در مبحث نانو فناوری، از ابزار ضروری و لازم میکروسکوپ پروب روبشی یا (SPM (Scanning Probe Microscope هستند. این روش مجموعه تکنیک‌هایی است

میکروسکوپ پروب روبشی

در مبحث نانو فناوری، از ابزار ضروری و لازم میکروسکوپ پروب روبشی یا (SPM (Scanning Probe Microscope هستند. این روش مجموعه تکنیک‌هایی است

که سطح ماده را با قابلیت تفکیکی در حد نانو و آنگستروم روبش کرده و نقشه‌هایی از یک خاصیت فیزیکی یا شیمیائی ماده تهیه می‌کند. با این روش می‌توان توزیع نقایص نقطه‌ای، ناخالصی جذب شده در سطح و عیوب ساختاری مانند پله‌ها را آشکار ساخت.

ایــن مـیـکــروسـکـوپ‌هـا بـه سـه گـروه اصلـی براساس نوع پروب و نحوه برهم کنش پروب و نمونه تقسیم می‌شوند.
۱(STM -مـیـکـروسـکـوپ روبـشـی تـونلی، Scanning Tunneling Microscopy)
در این روش پروب یک فلز صفحه‌ای نوک تـیـز اسـت کـه جـریـان تونلی بین نوک پروب و سطح رسانائی نمونه برقرار می‌شود. شدت این جریان به فاصله بین سطح صفحه با پایه تصویر مربوط است.
۲( AFM-مـیکروسکوپ نیروی اتوماتیک، Atomic Force Microscopy)
پروب در این روش یک صفحه نوک تیز بر آمـده اسـت کـه بـه یـک پـایه تخت وصل است. پــروب سـطــح نـمــونــه را اسـکــن مــی‌کـنـد و در محل‌های برآمده نیروی بیشتری به پروب وارد می‌شود. در حقیقت این روش شبیه سوزن یک گرامافون است که در سطح یک دیسک حرکت می‌کند.
۳( SNOM-میکـروسکـوپ روبشـی میـدان دید نزدیک،Scanning Near Field Optical Microscopy)
داخل پروب که به شکل یک صفحه نوک تیز اسـت ، یـک فایبر اپتیک قرار گرفته تا تاثیرات میدان نزدیک را تهیه کند، نور این فایبراپتیک‌ها از درون روزنـــه‌هــای سـطــح عـبــور مــی‌کـنــد و نورهای برگشتی تصویر را تشکیل می‌دهد.

STM
در این روش از یک ولتاژ بایاس بین پروب و صفحه نمونه استفاده می‌شود. هنگامی که نمونه به چند آنگسترومی پروب می‌رسد، جریان تونلی عمدتا از پروب به سمت نمونه برقرار می‌شود.
در مد کاری جریان ثابت، یک مدار فیدبک جریان ثابتی را برای اسکن کردن تهیه می‌کند. بنابراین اختلاف مکان عمودی ( سیگنال فیدبک ) یک نقشه توپوگرافی از سطح تهیه می‌کند.
STM تصاویری با قدرت تفکیکی در حد اتم از نمونه‌ها می‌تواند تهیه کند. STM برای مطالعاتی از قبیل رسانائی سطوح یا فیلم‌های نانو رسانا و میزان رسانائی زیر لایه‌ها استفاده می‌شود.
نرخ اسکن در روش جریان ثابت، به سیستم فیدبک مربوط می‌شود. از مد ارتفاع ثابت (Constant Height Mode) برای اسکن با سرعت بالا استفاده می‌شود، اما در مد جریان ثابت امکان اسکن سطح با کیفیت بالا را فراهم می‌کند. با توجه به جریان در حد چند صدم نانو در مد جریان ثابت امکان استفاده از این روش در تحقیقات بیولوژیک با رسانائی کم وجود دارد.
از جمله نقاط ضعف STM می‌توان به پیچیدگی تفسیر نتایج بعضی از سطوح اشاره کرد زیرا باید شرایطی از قبیل چگالی، ولتاژ بایاس، جریان بایاس و… نیز لحاظ شود. برای سطوح گرافیتی (HOPG ( Highly Oriented Pyrolitic Graphite با توجه به چگالی مورد استفاده، یکی از دو اتم قابل مشاهده است.

AFM
با وجود قابلیت‌های متنوع STM، دارای یک‌سری مشکلات اولیه است، به طور مثال بــایــد نـمــونــه رســانــا یــا دارای پــوشــش رسـانـائـی بـاشـد. ایـن مشکـلات بـا استفـاده از میکروسکوپ‌های نیروی اتمی (AFM) قابل حل است.
بر طبق یک روش عمومی، AFM شامل یک سوزن است که به یک میکروموتور متصل است. هنگامی که سوزن به سطح نمونه می‌رسد یک نیروی اتمی بین سوزن و سطح نمونه القاء می‌شود که با میزان خمیدگی پایه انطباق دارد.
در قسمت بالای AFM پرتوهای لیزری وجود دارد که با یک برنامه از قبل معین شده کار می‌کند.از میزان انحراف پرتوها برای تعیین اختلاف جابجائی استفاده می‌کنند.
با استفاده از این نقشه میزان انحراف پرتوها و چرخش زاویه‌ای پرتوها در حد آنگستروم قابل محـاسبـه است. بنابراین میزان نیروی طبیعی و جانبی به صورت لحظه‌ای قابل محاسبه است.
منبع نور لیزری به نحوی تنظیم می‌شود که بر قسمت پشت پایه تابیده شود و نور منعکس شده آن بــه یــک دیـسـک فـوتـو دیـودی مـی‌رسـد. در حـقـیـقـت انـحـراف پـایه سبب انحراف نورهای دریافتی از محل معین اولیه می‌شود.نیروی موثر بر پایه علاوه بر نیروی برهم کنش بین سوزن و سطح از نیروهای مختلفی از جمله واندروالسی، مغناطیسی و الکتریکی تاثیر می‌پذیرد.
فرکانس پایه در هنگام کار قابل تنظیم است، هم زمانی که سوزن در تماس با نمونه است و هم زمـانـی کـه از نـمـونـه جـدا اسـت. ایـن امر سبب می‌شود که در هر فرکانس اطلاعات مختلفی از نمونه استخراج شود.این قابلیت سبب می‌شود مدهای مختلفی برای AFM قابل تعریف باشد.

دو روش رایج برای کار با AFM وجود دارد که عبارت از:
۱-روش نمونه متحرک: ‌در این روش هنگام کار پروب ثابت است و نمونه متحرک.
مزیت این روش تولید تصاویری با بالاترین کـنـتـراسـت فـضـائـی و کـمـترین نویز و پارازیت می‌شود. اما محدودیت این روش در میزان وزن نـمـونـه بـه دلـیل حرکت آن است. افزایش وزن نـمــونــه بـاعـث تـصـاویـر نـاصـاف و بـا دقـت کـم می‌شود.
۲-روش نمونه ثابت: ‌در این روش هنگام کار نمونه ثابت و پروب متحرک است.
ایـــن روش اجـــازه کـــار بـــرای نـمـــونـــه‌هـــای سـنـگـیــن‌تــر را فــراهــم مــی‌کـنــد. ایــن روش در آزمـایـشات بیولوژیک که با نمونه‌های سنگین سرو کار داریم استفاده می‌شود. در حقیقت این پـروب اسـت کـه تـوسـط مـیـکرو موتورها برای اسـکـن نـمـونـه جابجا می‌شود که باعث از بین رفتن محدودیت وزن می‌شود.

SNOM
تـوانـائـی قـدرت تفکیک میکروسکوپ‌های نوری به دلیل پدیده شکست نور به نصف طول موج محدود می‌شود. با این وجود این مشکل نیز قابل حل است. اگر از یک حفره طول موج‌های برگشتی از نمونه اسکن شود، با نورهای برگشتی می‌توان یک تصویر ساخت. این روش ابتدا توسط SYNGE در سال ۱۹۴۸ و سپس توسطASH و NICHOLLS در سال ۱۹۷۲ با قدرت تفکیک۶۰/ آزمایش شد.
برای این‌که سیستم راحت تر و کاراتر شود، مکانیسم تنظیم فاصله نیاز است که قابلیت حرکت و ثابت شدن داشته باشد.
روش‌های مختلفی از جمله تونل‌های الکترونی، خازنی، تونل فوتون انعکاس میدان نزدیک برای SNOM وجود دارد.
بیشترین روش مورد استفاده در حال حاضر سوزن در فاصله‌ای در نزدیکی نمونه ثابت می‌شود و کسری از نیروی موجود بین نمونه و میدان نزدیک را ثبت می‌کند.
سیستـم‌هـای کـه بـر پـایـه برش نیرو کار می‌کنند می‌توانند جداگانه و هم‌زمان در حالت‌های برش نیرو و میدان نزدیک کار کنند. با توجه به نوع نمونه مدهای کاری مختلفی که داریم ، به طور مثال مد انتقال برای نمونه‌های شفاف، مد انعکاس برای نمونه‌های مات و مد Luminescence (دریافت نورهای تابشی جسم پس از در معرض اشعه قرار گرفتن ) برای بررسی خصوصیات اضافی نمونه قابل اشاره است.



دسته بندی : میکروسکوپ ها
ارسال دیدگاه

سفر به مشگین شهر
تبلیغات