SPM의 구조와 원리

소개글

SPM의 구조와 원리에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Scanning Probe Microscope 이란?
1-1. SPM의 스캐너
1-2. 스캐너 구조와 작동
1-3. 스캐너의 본질적인 문제점들.
1-3-1. Intrinsic 비선형성
1-3-2. Hysteresis
1-3-3. Creep
1-3-4. Aging
1-3-5. Cross Coupling
1-4. 스캐너 문제점들의 해결방법
1-4-1. Software correction
1-4-2. Hardware correction
1-4-3. 광학기법 Optical Techniques
1-4-4. 정전용량기법 Capacitive Techniques
1-4-5. Strain-gauge Techniques
1-5. Scanner선형성 테스트
1-5-1. Instrinsic nonlinearity
1-5-2. Hysteresis
1-5-3. creep
1-5-4. Aging
1-5-6. Step Profile

2. STM(Scanning Tunneling Microscope)

3. AFM(Atomic Force Microscope)
3-1. Contact AFM
3-2. Non-contact AFM
3-3. Intermittent-contact AFM

4. LFM(Lateral Force Microscope)

5. FMM(Force Modulation Microscope)

6. PDM(Phase Detection Microscope)

7. MFM(Magnetic Force Microscope)

8. EFM(Electrostatic Force Microscope)

9. SCM(Scanning Capacitance Microscope)

10. Nanolithography

11. EC-SPM(Electrochemistry Scanning Probe Microscope)

12. NSOM(Near-Field Scanning Optical Microscopes)

13. AFM의 생물학적 응용

14. 캔틸레버(Cantilevers)
14-1. 캔틸레버의 물리적 특성
14-2. 캔틸레버를 선택하는 방법.
14-3. 탐침의 모양과 분해능
14-4. 이미지 왜곡현상(Image artifacts)
14-4-1. Tip Convolution

15. References

본문내용

침은 Si(100)에서 식각된 pit위에 Si3N4를 화학증착법(MOCVD)에 의해 만들어졌다. 식각된 pit은 (111) 의 면으로 구성되어 있고 이는 피라미드의 평평한 면을 따라 약 62.4 도 정도의 각를 가진다.(피라미드의 구석 끝은 45도) 이러한 탐침이 사용될 경우 62.5 도 보다 가파른 경사면에서 SPM 이미지의 외곽선들은 탐침의 외곽선에 의해 결정되어진다. 그러므로 더 높은 aspect ratio를 갖는 탐침들이 꾸준히 만들어지고 있으며 현재 측면각이 80도 정도까지 가능하다. 이보다 더 가파른 각도의 탐침은 내구성이 저하되거나 이미지를 하는 동안 구부러져서 실용성에 문제가 있다.
많은 시료가 가파른 굴곡을 갖기 때문에 tip imaging 현상은 이미지할 때 일반적으로 가장 많이 일어나는 현상이다.
탐침의 각도보다 작은 경사 각도를 갖는 시료의 표면현상은 정확하게 재현할 수 있다. 원자현미경의 장점중의 하나는 이미지하는 동안 탐침의 끝이 항상 시료 굴곡사이의 바닥에 닿는다면 경사면에 대한 정보는 정확히 알기 어려워도 높이에 대한 정보는 정확히 얻을 수 있다는 것이다. 탐침에 의해 얻어진 원자현미경 이미지에서 나타나는 수평 크기(lateral dimension)는 실제보다 큰 값을 보여준다. 예를 들면 원자현미경 영상에서 200 A 넓이를 갖는 물체에 대해, 실제 물체의 크기는 200 A 이하로 생각하면 된다.
탐침에 의한 이미지인지를 확인하기 위해서는 이미지를 통하여 반복되어진 특별한 형상을 찾으면 된다. 크기가 서로 다른 물체와 탐침이 합성되는(tip-convolution) 현상으로 인해서 크기를 달리하는 특정한 모양이 보이지만, 항상 방향성은 같을 것이다. 만일 탐침에 의한 이미지라고 생각될 때는 시료를 돌려서 다시 이미지를 하면 알 수 있다. 만일 탐침이 이미지를 결정지었다면 탐침 형상의 방향은 시료를 돌리기전이나 후에도 모두 같을 것이다. 만일 이미지가 실제 표면을 나타낸 것 이라면 이미지의 형상은 시료의 방향에 따라 달라질 것이다. 이러한 실험을 아래 그림에서 체계적으로 보여준다. 이미지가 tip-convolution 효과에 의해 결정되어진다면 다른 탐침으로 바꾸어야 한다.
STM에서는 이미지시 탐침의 부분이 긴 전선의 끝에서 원자의 집합이나 한 개의 원자에 의존한다. 터널링 전류의 크기가 시료와 탐침의 거리에 지수적으로 비례하기 때문에 탐침에서 가장 가까운 원자가 시료의 가장 가까운 원자를 이미지 할 것이다.
만일 탐침의 두개의 원자가 표면으로 부터 같은 거리에 있다면 시료의 모든 높낮이가 두배로 될것이다. 이것이 다수의 탐침으로 이미지되는 예이다(multiple-tip imaging). 이러한 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 전류 펄스를 가하여 전계방출(field emission) 효과를 발생시켜 탐침의 끝 모양을 인위적으로 바꾸는 것이다. 또는 탐침을 시료 표면과 가볍게 접촉시켜서 새로운 탐침 모양을 만들어서 다시 이미지를 찍는다.
15. References
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키워드

SPM,   STM,   AFM