המונח מיקרוסקופ בדיקת סריקה מכסה מגוון של מיקרוסקופים וטכניקות מדידה נלוות המשמשות לניתוח משטחים. ככאלה, טכניקות אלה נופלות מתחת לפיזיקה על פני השטח והשטח. מיקרוסקופי בדיקת סריקה מאופיינים בהעברת בדיקת מדידה על פני שטח במרחק קטן.
מהו מיקרוסקופ בדיקת סריקה?
המונח מיקרוסקופ בדיקת סריקה מכסה מגוון של מיקרוסקופים וטכניקות המדידה הנלוות שלהם המשמשות לניתוח משטחים. מיקרוסקופ בדיקת סריקה מתייחס לכל סוגי המיקרוסקופים בהם התמונה נוצרת כתוצאה מאינטראקציה בין החללית לדגימה. לפיכך, שיטות אלה נבדלות הן ממיקרוסקופ אופטי והן ממיקרוסקופ אלקטרונים. כאן, לא משתמשים בעדשות אופטיות וגם לא באלקטרונים אופטיים. במיקרוסקופ הבדיקה הסורק, פני השטח של הדגימה נסרקים חלק אחר חלק בעזרת בדיקה. באופן זה מתקבלים ערכים נמדדים עבור כל נקודה בודדת, שמשולבים לבסוף לייצור תמונה דיגיטלית. שיטת בדיקת הסריקה פותחה והוצגה לראשונה על ידי רוהר ובניג בשנת 1981. היא מבוססת על אפקט המנהרה המתרחש בין קצה מתכתי למשטח מוליך. אפקט זה מהווה את הבסיס לכל טכניקות סריקת המיקרוסקופיה שניתנו לאחר מכן.
צורות, סוגים וסגנונות
קיימים מספר סוגים של מיקרוסקופים של בדיקות סריקה, ונבדלים בעיקר באינטראקציה בין החללית לדגימה. נקודת המוצא הייתה סריקת מיקרוסקופ מנהרות, אשר אפשרה לראשונה הדמיה ברזולוציה אטומית של משטחים מוליכים חשמלית בשנת 1982. במהלך השנים הבאות התפתחו טכניקות רבות אחרות של מיקרוסקופיות סריקת בדיקות. בסריקת מיקרוסקופ מנהרות, מוחל מתח בין פני הדגימה לקצה. זרם המנהרה בין המדגם לקצה נמדד, ואסור להם לגעת זה בזה. בשנת 1984 פותחה לראשונה מיקרוסקופיה אופטית של שדה קרוב. כאן, האור נשלח דרך המדגם החל מבדיקה. במיקרוסקופ הכוח האטומי, הסונטה מוסטת באמצעות כוחות אטומיים. ככלל משתמשים בכוחות ון דר וואלס כביכול. סטיה של החללית מראה יחס פרופורציונלי לכוח, הנקבע על פי קבוע הקפיץ של החללית. מיקרוסקופ כוח אטומי פותח בשנת 1986. בתחילת הדרך, מיקרוסקופים של כוח אטומי עבדו על בסיס קצה מנהרה הפועל כגלאי. קצה מנהרה זה קובע את המרחק האמיתי בין משטח הדגימה לחיישן. הטכניקה עושה שימוש במתח המנהרה הקיים בין החלק האחורי של החיישן לקצה הזיהוי. בתקופה המודרנית טכניקה זו הוחלפה במידה רבה על ידי עקרון הזיהוי, שם הזיהוי נעשה באמצעות קרן לייזר הפועלת כמצביע אור. זה ידוע גם כמיקרוסקופ כוח לייזר. בנוסף פותח מיקרוסקופ כוח מגנטי בו כוחות מגנטיים בין החללית לדגימה משמשים בסיס לקביעת הערכים הנמדדים. בשנת 1986 פותח גם המיקרוסקופ התרמי הסורק, בו חיישן זעיר משמש כחולשת סריקה. יש גם מה שמכונה מיקרוסקופ אופטי סריקת שדה קרוב, שבו האינטראקציה בין החללית לדגימה מורכבת מגלים מתחמקים.
מבנה ותפעול
באופן עקרוני, כל סוגי המיקרוסקופים של סריקת המבחנים משותפים שהם סורקים את פני הדגימה ברשת. זה מנצל את האינטראקציה בין החללית של המיקרוסקופ לבין פני הדגימה. אינטראקציה זו שונה בהתאם לסוג מיקרוסקופ הגשוש הסורק. המבחן עצום בהשוואה לדגימה הנבדקת, אך עם זאת מסוגל לזהות את תכונות השטח הזעירות של המדגם. הרלוונטיות במיוחד בנקודה זו היא האטום החשוב ביותר בקצה החללית. באמצעות סריקת מיקרוסקופ בדיקה אפשרי רזולוציות של עד 10 פיקומטרים. לשם השוואה, גודל האטומים הוא בטווח של 100 פיקומטרים. הדיוק של מיקרוסקופי האור מוגבל על ידי אורך הגל של האור. מסיבה זו, רק רזולוציות של כ- 200 עד 300 ננומטר אפשריות במיקרוסקופ מסוג זה. זה תואם כמחצית מאורך הגל של האור. לכן, מיקרוסקופ אלקטרונים סורק משתמש בקרינת אלקטרונים במקום באור. על ידי הגדלת האנרגיה, אורך הגל יכול להיות קצר באופן שרירותי בתיאוריה. עם זאת, אורך גל קצר מדי יהרוס את הדגימה.
יתרונות רפואיים ובריאותיים
באמצעות מיקרוסקופ בדיקה סריקה, לא רק ניתן לסרוק את פני הדגימה. במקום זאת, ניתן גם לבחור אטומים בודדים מהמדגם ולהציבם בחזרה במיקום קבוע מראש. מאז תחילת שנות השמונים, התפתחותה של מיקרוסקופית בדיקת סריקה התקדמה במהירות. האפשרויות החדשות לשיפור הרזולוציה של הרבה פחות ממיקרומטר אחד היוו תנאי עיקרי להתקדמות במדעי הננו וכן בננוטכנולוגיה. התפתחות זו התרחשה במיוחד מאז שנות התשעים. בהתבסס על השיטות הבסיסיות לסריקת מיקרוסקופ בדיקה, שיטות משנה רבות אחרות מחולקות בימינו. אלה משתמשים בסוגים שונים של אינטראקציה בין קצה החללית לבין משטח הדגימה. לפיכך, סריקת מיקרוסקופי בדיקה ממלאת תפקיד חיוני בתחומי מחקר כגון ננו-כימיה, ננו-ביולוגיה, ננו-ביוכימיה וננו-רפואה מיקרוסקופים של בדיקות סריקה משמשים אפילו לחקר כוכבי לכת אחרים, כגון מאדים. מיקרוסקופי בדיקה סורקים משתמשים בטכניקת מיקום מיוחדת המבוססת על מה שנקרא אפקט פיזואלקטרי. המנגנון לעקירת החללית נשלט ממחשב ומאפשר מיקום מדויק ביותר. זה מאפשר לסרוק את משטחי הדגימות בצורה מבוקרת ולהרכיב את תוצאות המדידה לתמונה ברזולוציה גבוהה מאוד.
