주사 탐침 현미경

소개글

주사 탐침 현미경에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. SPM의 역사
2. SPM의 필요배경
3. SPM (Scanning Probe MicroScope)의 의미와 원리
4. STM (Scanning Tunneling MicroScope)
5. AFM(Atomic Force MicroScope)
6. SPM의 종류
7. 타 현미경과 SPM 기술의 비교
8. SPM 응용 분야

본문내용

찰이 가능하나 배율이 너무 낮아 외형적인 구조관찰에 그 친다. 전자 현미경도 생물시료를 액체상태에서 유지하면서 구조를 관찰 하는 것이 거의 불가능하기 때문에 전자 현미경 또한 일반 현미경과 같이 생물시료에 많은 문 제점을 내포하고 있다.
그리고 SPM은 물질, 재료를 관찰하는 것뿐만 아니라 그 탐침을 사용해 원자를 하
나씩 조작할 수도 있다. 이것은 우연히 발견되었지만, 탐침에 전압을 가하여 원자 를 탐침에 달라붙게 하거나 원자와 원자 사이에 탐침을 넣어 눌러 줌으로써 원자간 의 연결을 절단할 수도 있다. 1991년에 IBM의 Donald M. Eigler박사가 그 방법을 이용하여 크세논(Xe ; Xenon)원자를 나열하여 IBM이라는 글자를 나노 크기로 썼 다. 이것은 처음에 여기저기 흩어져 있는 원자에 침을 접근시켜 하나하나 움직여서
문자형태로 나열한 것이다.
아래 그림은 이황화모리브덴(MoS2)에서 황 원자를 튕겨내는 것에 의해 쓰여진 세 계최소의 글자이다.
아래의 표는 광학현미경, 전자현미경 및 원자현미경의 특징을 정리한 것이다. 아 래의 표에서 나타난 바 와 같이 원자현미경은 광학현미경이나 전자현미경이 갖고 있는 한계를 모두 극복할 수 있 는 기능상의 장점을 보유하고 있다. 특히 3차원 형 상에 대한 정보와 액체상태에서의 구조 분석이 가능한 것은 생물소재의 미세구조 분석에 매우 유효한 기능이다. 따라서 최근 생물분야에서 물질의 세부적인 구조분 석을 위해서는 원자현미경의 사용이 필수적이라는 인식이 확산되고 있다.
광학현미경
FIELD SEM
Conforcal
SPM(AFM)
측 정 환 경
대기중
진공
대기중
대기중, 용액내, 진공
시 료
액체
고체
액체, 고체
액체, 고체
x, y 축 분해능
z 축 분해능
1.0㎛, 1.0㎛
0
5nm, 5nm
0
170nm
500nm
0.1nm
0.01nm
배 율
1 2x103배
10 106배
10 104배
25 108배
시료 전처리
간단한 전처리
Freeze drying Au-coating,복잡
간단한 전처리
거의불필요
시 료 손 상
없음
빔에 의한 손상
빔에 의한 손상
없음
시료준비시간
빠름
장시간소요
다소 소요
빠름
유지 관리비
거의 없음
매우 많음
다소 소요
거의 없음
시료전처리장비
거의 없음
매우 많음
다소 소요
거의 없음
분 석 능 력
정적분석
ex situ 분석
정성분석불가
<==
<==
동적분석가
in situ 분석가
정성분석가
나노 테크놀로지에 주로 쓰이는 전자 현미경과 SPM은 또한 얻을 수 있는 정보가 다르다. 전자 현미경으로는 100~200keV라는 매우 높은 에너지의 전자를 시료에 쪼이기 때문에 원자의 표면이 아니라 그 내부에 있는 모든 전자의 양을 보며 전자 의 분포를 조사할 수 있다. 이것과는 대조적으로 SPM은 내측에 있는 전자까지 보 는 것이 아니라 표면에 있는 전자 상태를 보며 원자의 배열 상태를 알 수 있는 차 이가 있다. 두 종류의 현미경의 차이는 원거리에서 시료에 전자 빔을 쪼이는 전자 현미경은 파괴력이 강한 권총과 같으며, 침을 접근시키는 SPM은 섬세히 자르는 칼 과 같다고 할 수 있다. 같은 무기지만 전혀 다른 성격을 띤다. 또한 , SPM으로는 자기력 등 시료에 있는 여러 가지 힘을 직접 검출할 수 있지만, 전자 현미경은 어 디까지나 전자가 어떻게 분포하고 있는가를 본다는 점에서도 큰 차이가 있다. 전자 현미경과 SPM, en 현미경 모두 같은 기능으로 전자 빔을 사용하여 구멍을 내거나 선을 그리거나 하는 것이 가능하며 관찰 기능뿐만 아니라 가공 장치로도 사용되고 있다.
8. SPM 응용 분야
1) 학술 및 산업분야 : 현재 주사탐침현미경은 주로 학술연구용과 산업용 분석, 측 정기로 널리 사용되고 있다. 반도체 표면 분석, 하드 디스크, 천연 광물 표면 분석, 폴리머 표면, 물리 분야 즉 표면 전자 구조, 재료분야등 새로운 모드의 꾸준한 개 발과 함께 응용분야가 매우 광범위하다.
2) 생물학적 응용 : 생물체에 있어서 구조는 기능과 밀접한 관계를 가지며, 이 두 가지 성질을 보다 작은 공간 단위나 개체 단위에서 이해할 필요가 있다. 즉, 현대 생물학에서는 DNA, 단백질 등의 기능성 발현에 미세 구조관찰이 매우 중요한데 종 래에는 광학현미경 및 전자현미 경, X-선 분광계, 핵자기공명, 콘포컬 현미경등이 주로 사용되었다. 그러나 배율, 해상력 등이 광학적 특성에 의해서 한계상황에 부 딪혀서 인류가 원자단위는 볼 수 없다고 생각했으나 AFM의 등장으로 인해 이와 같은 모든 문제가 해결되었다. 특히, AFM은 아래3)과 같은 생물학적 장점을 보 유하고 있어 생물학분야에서 적용범위가 빠른 속도로 넓혀지고 있다. AFM의 대표 적인 적용범위는 다음과 같다.
○ 대표적인 생물학 분야에서의 적용 분야
DNA 및 염색체의 구조관찰 / RNA 전시과정 / 단백질과 효소의 반응 / 단백질의 표면흡착현상 / 생리활성 다당류의 미세구조 특성 / 마이크로 생체분자의 관찰 / 세포내의 반응 / 세포의 morphology나 운동성 / Synaptic release나 신호변환 process / 생체막의 미세구조 / 생물시료의 탄성도 등 각종 생물연구분야 / 유전자 시료의 초미세 조작기술
3) BioScope AFM 시스템의 생물학적 장점
가. 살아있는 시료의 분석 및 영상 측정이 가능
나. 시료의 전처리가 거의 필요 없으며, 시료의 파괴나 손실이 없음
다. 시료의 높이와 깊이 측정이 가능하여 삼차원 영상분석이 용이
라. Nanoscale의 배율까지 측정(25 10,000,000배)
마. Inverted 현미경과 동시에 사용되어 광학현미경의 제반특성을 모두 활용 가능
바. NanoIndentation에 의한 유전자 조작 기술
참고 문헌 - 나노 테크놀로지 입문 /川合知二/김태엽,홍영대 공역/도서출판 성안당 /2003
- 분자가 만드는 나노의 불가사의/일본 문부성 후원 제14회 '대학과 과학'공개 심포지엄 조직위원회 편집/ 이승우, 이치한 공역/전파과학사/2000
- 나노 테크놀로지/주승기/서울대학교 출판부/2002
참고 사이트 -http://www.tecsco.net/spm/spm.asp

키워드

SPM,   AFM,   고속 주사 현미경,   원자력 현미경,   나노,   나노테크놀로지,   STM