Tanıtım

Şu anda, bilimsel ve teknik alan hızla gelişiyor - nanoteknoloji, hem temel hem de uygulamalı araştırmaların geniş bir yelpazesini kapsamaktadır. Bu, iletişim, biyoteknoloji, mikroelektronik ve enerji gibi çeşitli alanlardaki sorunları çözebilen temelde yeni bir teknolojidir. Bugün yüzden fazla genç şirket, önümüzdeki iki ila üç yıl içinde pazara girecek nanoteknolojik ürünler geliştiriyor.

Nanoteknoloji, 21. yüzyılın önde gelen teknolojileri haline gelecek ve toplumun ekonomisinin ve sosyal alanının gelişmesine katkıda bulunacak, yeni bir sanayi devrimi için ön koşul haline gelebilirler. Önceki iki yüz yılda, Sanayi Devrimi'ndeki ilerleme, Dünya kaynaklarının yaklaşık %80'i pahasına elde edildi. Nanoteknolojiler, kaynakların tüketimini önemli ölçüde azaltacak ve çevreye baskı yapmayacak, örneğin bir bilgisayar insan yaşamının ayrılmaz bir parçası haline geldiğinden, insanlığın yaşamında öncü bir rol oynayacaktır.

Nanoteknolojideki ilerleme, en bilgilendirici olanları taramalı sonda mikroskobu yöntemleri, buluş ve özellikle dünyanın 1986 Nobel ödüllülerine borçlu olduğu deneysel araştırma yöntemlerinin geliştirilmesiyle teşvik edildi - Profesör Heinrich Rohrer ve Dr. Gerd Binnig .

Dünya, atomları görselleştirmenin bu kadar basit yöntemlerinin keşfi ve hatta onları manipüle etme olasılığı ile büyülendi. Birçok araştırma grubu bu doğrultuda ev yapımı cihazlar tasarlamaya ve deneyler yapmaya başladı. Sonuç olarak, bir dizi uygun alet şeması doğdu, prob-yüzey etkileşiminin sonuçlarını görselleştirmek için çeşitli yöntemler önerildi, örneğin: yanal kuvvetlerin mikroskobu, manyetik kuvvet mikroskobu, manyetik, elektrostatik ve elektromanyetik kayıt mikroskobu. etkileşimler. Yakın alan optik mikroskopi yöntemleri yoğun bir şekilde geliştirilmiştir. Prob-yüzey sisteminde yönlendirilmiş, kontrollü eylem yöntemleri geliştirilmiştir, örneğin nanolitografi - yüzeyde elektrik, manyetik etkiler, plastik deformasyonlar, prob-yüzey sistemindeki ışığın etkisi altında değişiklikler meydana gelir. Çeşitli yüzey özelliklerini görselleştirmek için özel kaplamalar ve yapılar ile belirli geometrik parametrelere sahip probların üretimi için teknolojiler oluşturuldu.

Taramalı prob mikroskobu (SPM), yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip katı bir yüzeyin morfolojisini ve yerel özelliklerini incelemek için en güçlü modern yöntemlerden biridir. Son 10 yılda, taramalı prob mikroskobu, yalnızca sınırlı sayıda araştırma grubu tarafından kullanılabilen egzotik bir teknikten, yüzey özelliklerini incelemek için yaygın ve başarılı bir araca dönüşmüştür. Şu anda, yüzey fiziği ve ince film teknolojileri alanında SPM yöntemleri kullanılmadan neredeyse hiçbir araştırma tamamlanmamıştır. Taramalı sonda mikroskobunun geliştirilmesi, nanoteknolojide yeni yöntemlerin - nanometre ölçeklerinde yapılar oluşturma teknolojisinin - geliştirilmesinin de temelini oluşturdu.

1. Tarihsel arka plan

Hollandalı Anthony van Leeuwenhoek, küçük nesneleri gözlemlemek için 17. yüzyılda mikroskobu icat ederek mikrop dünyasını keşfetti. Mikroskopları kusurluydu ve 150 ila 300 kat arasında değişen büyütmeler gösterdi. Ancak takipçileri bu optik cihazı geliştirerek biyoloji, jeoloji ve fizikteki birçok keşfin temelini attı. Bununla birlikte, 19. yüzyılın sonunda (1872), Alman gözlükçü Ernst Karl Abbe, ışık kırınımı nedeniyle, mikroskobun çözünürlüğünün (yani, henüz tek bir görüntüde birleştirilmediklerinde nesneler arasındaki minimum mesafe) olduğunu gösterdi. ışık dalga boyu (0,4 - 0,8 μm) ile sınırlıdır. Böylece, daha gelişmiş mikroskoplar yapmaya çalışan optisyenlerin pek çok çabasını kurtardı, ancak 1500x'in üzerinde bir büyütmeye sahip bir alet elde etme umudunu yitiren biyologları ve jeologları hayal kırıklığına uğrattı.

Elektron mikroskobunun yaratılış tarihi, bağımsız olarak gelişen bilim ve teknoloji alanlarının, alınan bilgileri değiş tokuş ederek ve çabaları birleştirerek, bilimsel araştırma için güçlü ve yeni bir araç yaratabileceğinin harika bir örneğidir. Klasik fiziğin zirvesi, ışığın yayılmasını, elektrik ve manyetik alanların görünümünü, bu alanlarda yüklü parçacıkların hareketini elektromanyetik dalgaların yayılması olarak açıklayan elektromanyetik alan teorisiydi. Dalga optiği, ışık mikroskobunda kırınım fenomenini, görüntüleme mekanizmasını ve çözünürlüğü belirleyen faktörlerin oyununu netleştirdi. Teorik ve deneysel fizik alanındaki başarılarımızı elektronun kendine has özellikleriyle keşfine borçluyuz. Bu ayrı ve görünüşte bağımsız gelişim yolları, en önemli uygulamalarından biri 1930'larda EM'nin icadı olan elektronik optiğin temellerinin oluşturulmasına yol açtı. Böyle bir olasılığa doğrudan bir gönderme, 1924'te Louis de Broglie tarafından öne sürülen ve 1927'de ABD'de K. Davisson ve L. Jermer ve İngiltere'de J. Thomson tarafından deneysel olarak doğrulanan elektronun dalga doğası hipotezi olarak düşünülebilir. . Böylece, dalga optiği yasalarına göre bir EM oluşturmayı mümkün kılan bir benzetme önerildi. H. Bush, elektrik ve manyetik alanların elektronik görüntüler oluşturmak için kullanılabileceğini keşfetti. 20. yüzyılın ilk yirmi yılında. gerekli teknik ön koşullar da oluşturulmuştur. Katot ışınlı osiloskop üzerinde çalışan endüstriyel laboratuvarlar, vakum teknolojisi, kararlı yüksek voltaj ve akım kaynakları, iyi elektron yayıcılar verdi.

1931'de R. Rudenberg, bir transmisyon elektron mikroskobu için bir patent başvurusunda bulundu ve 1932'de M. Knoll ve E. Ruska, elektronları odaklamak için manyetik lensler kullanarak bu tür ilk mikroskobu yaptı. Bu alet, modern optik transmisyon elektron mikroskobunun (OPEM) öncüsüydü. (Ruska, 1986'da fizikte Nobel Ödülü sahibi olarak emeğinin karşılığını aldı.) 1938'de Ruska ve B. von Borris, Almanya'da Siemens-Halske için endüstriyel bir OPEM prototipi yaptı; bu cihaz sonunda 100 nm'lik bir çözünürlüğün elde edilmesini sağladı. Birkaç yıl sonra, A. Prebus ve J. Hiller, Toronto Üniversitesi'nde (Kanada) ilk yüksek çözünürlüklü OPEM'i kurdu.

OPEM'in geniş olanakları neredeyse anında ortaya çıktı. Sanayi üretimi Almanya'da Siemens-Halske ve ABD'de RCA tarafından eş zamanlı olarak başlatıldı. 1940'ların sonlarında, diğer şirketler bu tür cihazları üretmeye başladı.

Mevcut haliyle SEM, 1952'de Charles Otley tarafından icat edildi. Doğru, böyle bir cihazın ilk versiyonları 1930'larda Almanya'da Knoll ve 1940'larda RCA şirketindeki çalışanlarla Zworykin tarafından yapıldı, ancak yalnızca Otley'in cihazı, bir dizi teknik iyileştirmenin temeli olarak hizmet edebildi. 1960'ların ortalarında SEM'in endüstriyel bir versiyonunun üretime girmesi. Üç boyutlu görüntüye ve elektronik çıkış sinyaline sahip, kullanımı oldukça kolay bir cihazın tüketici çemberi, bir patlamanın hızıyla genişledi. Şu anda, üç kıtada bir düzine endüstriyel SEM üreticisi ve dünya çapında laboratuvarlarda kullanılan on binlerce bu tür cihaz var. 1960'larda, daha kalın numunelerin incelenmesi için ultra yüksek voltajlı mikroskoplar geliştirildi. Lider Bu doğrultuda, 1970 yılında 3.5 milyon voltluk hızlandırma voltajına sahip bir cihazın devreye alındığı Fransa'daki G. Dupuy oldu. RTM, 1979'da G. Binnig ve G. Rohrer tarafından Zürih'te RTM'nin oluşturulması için icat edildi. Binnig ve Rohrer (Ruska ile aynı anda) Nobel Ödülü'nü aldı.

1986'da Rohrer ve Binnig, taramalı sonda mikroskobunu icat etti. Buluşundan bu yana STM, fizik, kimya, biyolojideki temel araştırmalardan belirli teknolojik uygulamalara kadar neredeyse tüm doğa bilimlerini kapsayan çeşitli uzmanlık alanlarından bilim adamları tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır. STM'nin ilkesi o kadar basittir ve potansiyelleri o kadar büyüktür ki, yakın gelecekte bile bilim ve teknoloji üzerindeki etkisini tahmin etmek imkansızdır.

Daha sonra ortaya çıktığı gibi, uç probun yüzeyle (mekanik, manyetik) herhangi bir etkileşimi, uygun enstrümanlar ve bilgisayar programları yardımıyla yüzeyin bir görüntüsüne dönüştürülebilir.

Bir taramalı sonda mikroskobunun kurulumu, Şekil 2'de gösterilen birkaç fonksiyonel bloktan oluşur. 1. Bu, ilk olarak, sondayı kontrol etmek için bir piezomanipülatöre, bir tünel akım-voltaj dönüştürücüye ve numuneyi beslemek için bir kademeli motora sahip mikroskobun kendisidir; analogdan dijitale ve dijitalden analoga dönüştürücüler ve yüksek voltajlı yükselticiler bloğu; step motor kontrol ünitesi; geri besleme sinyalini hesaplayan sinyal işlemcili bir kart; bilgi toplayan ve kullanıcıyla bir arayüz sağlayan bir bilgisayar. Yapısal olarak, DAC'ler ve ADC'ler bloğu, bir step motor kontrol ünitesi ile aynı muhafazaya kurulur. Analog Cihazlardan DSP'ye (Dijital Sinyal İşlemcisi) sahip bir ADSP 2171 kartı, kişisel bir bilgisayarın ISA genişletme yuvasına takılır.

Mikroskobun mekanik sisteminin genel bir görünümü Şekil 2'de gösterilmektedir. 2. Mekanik sistem, bir piezomanipülatöre sahip bir taban ve bir dişli kutusu ve taramalı tünelleme ve atomik kuvvet mikroskobu modlarında çalışmak için iki çıkarılabilir ölçüm başlığına sahip bir step motor üzerinde düzgün numune besleme sistemi içerir. Mikroskop, ek sismik ve akustik filtrelere ihtiyaç duymadan geleneksel test yüzeylerinde tutarlı atomik çözünürlük sağlar.

Piezoelektrik mikro yer değiştirme tarayıcılarının araştırılması.

İşin amacı: Piezoelektrik tarayıcılar kullanılarak uygulanan taramalı sonda mikroskobunda nesnelerin mikro yer değiştirmelerini sağlamanın fiziksel ve teknik ilkelerinin incelenmesi

Tanıtım

Taramalı prob mikroskobu (SPM), katı bir yüzeyin özelliklerini incelemek için en güçlü modern yöntemlerden biridir. Şu anda, yüzey fiziği ve mikro teknolojiler alanında SPM yöntemleri kullanılmadan neredeyse hiçbir araştırma tamamlanmamıştır.

Taramalı sonda mikroskobu ilkeleri, nano ölçekli katı hal yapıları (1 nm = 10 A) oluşturmak için teknolojinin geliştirilmesi için temel bir temel olarak kullanılabilir. İnsan yapımı nesneler yaratmanın teknolojik uygulamasında ilk kez, endüstriyel ürünlerin imalatında atomik montaj ilkelerinin kullanılması sorunu gündeme getiriliyor. Bu yaklaşım, çok sınırlı sayıda bireysel atom içeren cihazların uygulanması için umutlar açar.

Bir prob mikroskop ailesinin ilki olan taramalı tünelleme mikroskobu (STM), 1981'de İsviçreli bilim adamları G. Binnig ve G. Rohrer tarafından icat edildi. Çalışmalarında, atom düzenine kadar yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip bir yüzeyi incelemek için bunun oldukça basit ve çok etkili bir yol olduğunu gösterdiler. Bu teknik, bir dizi malzemenin yüzeyinin atomik yapısının ve özellikle yeniden yapılandırılmış silikon yüzeyinin görselleştirilmesinden sonra gerçek bir tanıma aldı. 1986'da bir tünel mikroskobunun yaratılması için G. Binnig ve G. Poper, Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Tünelleme mikroskobundan sonra, atomik kuvvet mikroskobu (AFM), manyetik kuvvet mikroskobu (MSM), elektrik kuvvet mikroskobu (EFM), yakın alan optik mikroskobu (BOM) ve benzer çalışma prensiplerine sahip daha birçok cihaz adı verilir. taramalı sonda mikroskopları.

1. Taramalı prob mikroskoplarının genel prensipleri

Taramalı sondalı mikroskoplarda, yüzeyin mikro rölyef ve yerel özelliklerinin incelenmesi, özel olarak hazırlanmış iğne tipi sondalar kullanılarak gerçekleştirilir. Bu tür probların (noktaların) çalışma kısmının eğrilik yarıçapı, yaklaşık on nanometre boyutundadır. Sonda mikroskoplarında sonda ile numunelerin yüzeyi arasındaki karakteristik mesafe büyüklük sırasına göre 0,1 - 10 nm'dir.

Prob mikroskoplarının çalışması, probun numunelerin yüzeyindeki atomlarla çeşitli fiziksel etkileşimlerine dayanır. Bu nedenle, bir tünel açma mikroskobunun çalışması, metal bir iğne ile iletken bir numune arasındaki tünelleme akımı olgusuna dayanır; atomik kuvvet, manyetik kuvvet ve elektrik kuvveti mikroskoplarının işleyişinin altında farklı kuvvet etkileşimi türleri yatmaktadır.

Çeşitli prob mikroskoplarında bulunan ortak özellikleri ele alalım. Probun yüzey ile etkileşiminin bazı parametrelerle karakterize edilmesine izin verin. r... Parametrenin yeterince keskin ve bire bir bağımlılığı varsa r mesafe sondasından - örnek P = P(z), daha sonra bu parametre, prob ile numune arasındaki mesafeyi kontrol eden bir geri bildirim sistemi (OS) düzenlemek için kullanılabilir. İncirde. Şekil 1, bir taramalı sonda mikroskobunun geri beslemesini düzenlemenin genel ilkesini şematik olarak göstermektedir.

Pirinç. 1. Prob mikroskobunun geri besleme sisteminin şeması

Geri besleme sistemi parametre değerini korur r değere eşit sabit Ro operatör tarafından ayarlanır. Prob - yüzey mesafesi değişirse (örneğin artar), parametre değişir (artar) r... OS sisteminde, değerle orantılı bir fark sinyali üretilir. P= P - Po, istenen değere yükseltilir ve aktüatör IE'ye beslenir. Aktüatör, bu fark sinyalini, probu yüzeye yaklaştırarak veya fark sinyali sıfıra eşit olana kadar uzaklaştırarak işler. Bu şekilde, prob-örnek mesafesi yüksek doğrulukla korunabilir. Mevcut prob mikroskoplarında, prob-yüzey mesafesini korumanın doğruluğu ~ 0.01 Å'ye ulaşır. Prob numune yüzeyi boyunca hareket ettiğinde, etkileşim parametresi değişir r yüzey kabartması nedeniyle. İşletim sistemi bu değişiklikleri işler, böylece prob X, Y düzleminde hareket ettiğinde aktüatördeki sinyal yüzey kabartmasıyla orantılı olur.

Bir SPM görüntüsü elde etmek için, özel olarak organize edilmiş bir numune tarama işlemi gerçekleştirilir. Tarama sırasında, prob önce numune üzerinde belirli bir hat boyunca hareket eder (line scan), aktüatör üzerindeki sinyal değeri, yüzey kabartmasıyla orantılı olarak bilgisayar belleğine kaydedilir. Ardından prob başlangıç ​​noktasına döner ve bir sonraki tarama satırına (dikey tarama) geçer ve işlem tekrarlanır. Tarama sırasında bu şekilde kaydedilen geri besleme sinyali bir bilgisayar tarafından işlenir ve ardından yüzey kabartmasının SPM görüntüsü Z = f (x, y) bilgisayar grafikleri yardımıyla oluşturulmuştur. Yüzey kabartma çalışması ile birlikte, prob mikroskopları çeşitli yüzey özelliklerinin incelenmesine izin verir: mekanik, elektrik, manyetik, optik ve diğerleri.

Bir yüzeyin ve yerel özelliklerinin görüntülenmesi için bir mikroskop sınıfı. Görüntüleme işlemi, yüzeyin bir sonda ile taranmasına dayanır. Genel olarak yüzeyin (topografi) 3 boyutlu görüntüsünü yüksek çözünürlüklü olarak elde etmenizi sağlar.

Modern taramalı prob mikroskobu, 1981'de Gerd Karl Binnig ve Heinrich Rohrer tarafından icat edildi. Bu buluş için 1986'da Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldüler.

Tüm mikroskopların ayırt edici bir özelliği, incelenen yüzeyle temas eden ve tarama sırasında belirli bir boyuttaki yüzeyin belirli bir alanı üzerinde hareket eden mikroskobik bir sondadır.

Prob-numune teması, etkileşim anlamına gelir. Etkileşimin doğası, cihazın prob mikroskop tipine ait olup olmadığını belirler. Yüzey bilgisi, bir geri besleme sistemi kullanılarak veya prob-numune etkileşimini algılayarak alınır.

Sistem, prob-örnek mesafesine bağlı olarak bir fonksiyonun değerini kaydeder.

Taramalı sondalı mikroskop çeşitleri.

Taramalı atomik kuvvet mikroskobu

Taramalı tünel mikroskobu

Yakın alan optik mikroskop

Taramalı tünel mikroskobu

Yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip iletken sistemlerin rahatlamasını değiştirmek için tasarlanmış bir tarama mikroskobu varyantlarından biri.

Çalışma prensibi, elektrik devresindeki bir kesintinin bir sonucu olarak bir elektronun potansiyel bir bariyerden geçişine dayanır - prob mikroskobu ile numunenin yüzeyi arasında küçük bir boşluk. Birkaç angstrom mesafeden numuneye keskin bir metal iğne getirilir. Ucuna küçük bir potansiyel uygulandığında, değeri katlanarak numune ile uç arasındaki mesafeye bağlı olan bir tünelleme akımı ortaya çıkar. 1angstremma numune - iğne mesafesinde, mevcut değer 1 ila 100 pA arasındadır.

Bir numuneyi tararken, iğne yüzeyi boyunca hareket eder, geri beslemenin etkisi nedeniyle tünelleme akımı korunur. Sistem okumaları yüzey topografyası tarafından değiştirilir. Yüzeydeki değişim kaydedilir ve bu temelde bir yükseklik haritası oluşturulur.

Başka bir yöntem, iğnenin numune yüzeyinin üzerinde sabit bir yükseklikte hareket ettirilmesini içerir. Bu durumda tünel akımının büyüklüğü değişir ve bu değişikliklere göre yüzey topografyası oluşturulur.

Şekil 1. Taramalı tünelleme mikroskobunun çalışma şeması.

Taramalı tünelleme mikroskobu şunları içerir:

Prob (iğne)

Bölgenin koordinatlara göre hareket sistemi

Kayıt sistemi

Kayıt sistemi, iğne ile numune arasındaki akımın değerine veya Z ekseni boyunca harekete bağlı olarak fonksiyonun değerini sabitler.Kaydedilen değer, numunenin veya probun konumunu kontrol ederek geri besleme sistemi tarafından işlenir. koordinat ekseni. Geri besleme olarak bir pid - regülatör (oransal - integral - farklılaştırıcı regülatör) kullanılır.

sınırlama:

Numunenin iletkenlik durumu (yüzey direnci 20 MΩ / cm²'den fazla olmamalıdır).

Oluğun derinliği genişliğinden daha az olmalıdır, aksi takdirde yan yüzeylerden tüneller oluşacaktır.

TARAMA PROB MİKROSKOPLARI: ÇALIŞMA TİPLERİ VE İLKESİ

Kuvaitsev Alexander Vyacheslavovich
Dimitrovgrad Mühendislik ve Teknoloji Enstitüsü, Ulusal Araştırma Nükleer Üniversitesi "MEPhI" Şubesi
Öğrenci

Dipnot
Bu makale, bir prob mikroskobunun nasıl çalıştığını açıklar. Bu, iletişim, biyoteknoloji, mikroelektronik ve enerji gibi çeşitli alanlardaki sorunları çözebilen temelde yeni bir teknolojidir. Mikroskopide nanoteknoloji, kaynakların tüketimini önemli ölçüde azaltacak ve çevreye baskı yapmayacak, örneğin bir bilgisayar insan yaşamının ayrılmaz bir parçası haline geldiğinden, insanlığın yaşamında öncü bir rol oynayacaktır.

TARAMA PROB MİKROSKOPİSİ: TİPLERİ VE ÇALIŞMA ESASLARI

Kuvaytsev Aleksandr Vyacheslavovich
Dimitrovgrad Ulusal Araştırma Nükleer Üniversitesi MEPHI Mühendislik ve Teknoloji Enstitüsü
Öğrenci

Soyut
Bu makale, bir prob mikroskobunun prensibini açıklamaktadır. İletişim, biyoteknoloji, mikroelektronik ve enerji gibi çok çeşitli alanlardaki sorunları çözebilen yeni bir teknolojidir. Mikroskopide nanoteknoloji, kaynakların tüketimini önemli ölçüde azaltacak ve çevre üzerinde baskı oluşturmayacak, örneğin bilgisayar insanların yaşamlarının ayrılmaz bir parçası haline geldiği için insan yaşamında öncü bir rol oynayacaklardır.

21. yüzyılda, nanoteknoloji, hayatımızın tüm alanlarına nüfuz eden hızla popülerlik kazanıyor, ancak yeni, deneysel araştırma yöntemleri olmadan onlarda ilerleme olmayacaktı, en bilgilendirici olanlardan biri, taramalı sonda mikroskobu yöntemidir. 1986 Nobel ödüllü Profesör Heinrich Rohrer ve Dr. Gerd Binnig tarafından icat edildi ve yayıldı.

Dünya, atomları görselleştirme yöntemlerinin ortaya çıkmasıyla gerçek bir devrim geçirdi. Kendi cihazlarını inşa eden meraklı grupları ortaya çıkmaya başladı. Sonuç olarak, probun yüzey ile etkileşiminin sonuçlarını görselleştirmek için birkaç başarılı çözüm elde edildi. Gerekli parametrelere sahip prob üretimi için teknolojiler geliştirildi.

Peki sonda mikroskobu nedir? Her şeyden önce, numunenin yüzeyini inceleyen sondanın kendisidir ve ayrıca sondayı numuneye göre iki boyutlu veya üç boyutlu temsilde hareket ettirmek için bir sistemdir (X-Y veya X-Y-Z koordinatları boyunca hareket eder). Tüm bunlar, probdan numuneye olan mesafeye bağlı olan bir fonksiyonun değerini kaydeden bir kayıt sistemi ile tamamlanmaktadır. Kayıt sistemi, değeri koordinatlardan biri boyunca sabitler ve saklar.

Taramalı prob mikroskoplarının ana türleri 3 gruba ayrılabilir:

1. Taramalı tünelleme mikroskobu - yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip iletken yüzeylerin rahatlamasını ölçmek için tasarlanmıştır.
   STM'de, numunenin üzerinden çok kısa bir mesafeden keskin bir metal iğne geçirilir. İğneye küçük bir akım uygulandığında, iğne ile numune arasında, büyüklüğü kayıt sistemi tarafından kaydedilen bir tünel akımı oluşur. İğne, numunenin tüm yüzeyinden geçirilir ve numune yüzeyinin bir kabartma haritasının çizilmesinden dolayı tünel akımındaki en küçük değişikliği kaydeder. STM, taramalı prob mikroskopları sınıfının ilkidir, geri kalanı daha sonra geliştirilmiştir.
2. Taramalı Atomik Kuvvet Mikroskobu - atomik çözünürlüğe sahip bir numunenin yüzey yapısını oluşturmak için kullanılır. STM'den farklı olarak, bu mikroskop hem iletken hem de iletken olmayan yüzeyleri incelemek için kullanılabilir. Atomları sadece tarama değil, aynı zamanda manipüle etme yeteneğinden dolayı buna güç denir.
3. Yakın alan optik mikroskobu, geleneksel bir optik mikroskoptan daha iyi çözünürlük sağlayan "gelişmiş" bir optik mikroskoptur. BOM çözünürlüğünde bir artış, incelenen nesneden dalga boyundan daha kısa mesafelerde ışık yakalanarak elde edildi. Mikroskop probu, uzaysal bir alanı taramak için bir cihazla donatılmışsa, böyle bir mikroskop, taramalı optik yakın alan mikroskobu olarak adlandırılır. Bu mikroskop, yüzeylerin çok yüksek çözünürlüklü görüntülerini elde etmenizi sağlar.

Görüntü (Şekil 1) bir prob mikroskobunun en basit çalışmasını göstermektedir.

Şekil 1. - Prob mikroskobunun çalışma şeması

Çalışması, numune yüzeyinin bir sonda ile etkileşimine dayanır, bir konsol, bir iğne veya bir optik sonda olabilir. Sonda ile araştırma nesnesi arasındaki küçük bir mesafe ile, itme, çekim vb. gibi etkileşim kuvvetlerinin etkisi ve elektron tünelleme gibi etkilerin tezahürü, kayıt araçları kullanılarak kaydedilebilir. Bu kuvvetleri tespit etmek için en ufak değişiklikleri algılayabilen çok hassas sensörler kullanılır. Bir raster görüntü elde etmek için bir koordinat tarama sistemi olarak piezotüpler veya düzlem-paralel tarayıcılar kullanılır.

Taramalı sonda mikroskopları oluşturmanın ana teknik zorlukları şunları içerir:

1. Mekanik bütünlüğün sağlanması
2. Dedektörler maksimum hassasiyete sahip olmalıdır
3. Probun ucu mümkün olduğunca küçük olmalıdır.
4. Rayba sisteminin oluşturulması
5. Probu Pürüzsüz Tutmak

Hemen hemen her zaman, bir taramalı sonda mikroskobu ile elde edilen görüntünün, sonuçların elde edilmesindeki bozulmalar nedeniyle deşifre edilmesi zordur. Kural olarak, ek matematiksel işlem gereklidir. Bunun için özel yazılımlar kullanılır.

Günümüzde taramalı sonda ve elektron mikroskobu, bir takım fiziksel ve teknik özellikler nedeniyle tamamlayıcı araştırma yöntemleri olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda, prob mikroskobunun kullanımı fizik, kimya ve biyoloji alanlarında benzersiz bilimsel araştırmalar elde etmeyi mümkün kılmıştır. İlk mikroskoplar sadece araçlardı - araştırmaya yardımcı olan göstergeler ve modern örnekler, 50'ye kadar farklı araştırma yöntemini içeren tam teşekküllü iş istasyonlarıdır.

Bu ileri teknolojinin asıl görevi bilimsel sonuçlar elde etmektir, ancak bu cihazların yeteneklerinin pratikte uygulanması bir uzmandan yüksek nitelikler gerektirir.