Skanning Nær felt mikroskopi (SNOM) - Prinsipper og virkemåte ved NT-MDT

:: AZoNanotechnology Artikkel

Emner som dekkes

Bakgrunn
Innledning
Skjærkraft Mikroskopi
Nøkkelelement i SNOM
Overføring Mode of SNOM
Refleksjon Mode of SNOM
Luminescence Mode of SNOM

Bakgrunn

NT-MDT Co ble etablert i 1991 med det formål å gjelde alle akkumulert erfaring og kunnskap innen nanoteknologi for å forsyne forskere med instrumentene egnet til å løse eventuelle oppgaven ligge i nanometer skala dimensjoner. Selskapet NT-MDT ble grunnlagt i Zelenograd - sentrum av russisk Microelectronics. Produktene utvikling er basert på kombinasjonen av MEMS-teknologi, kraft moderne programvare, bruk av high-end mikroelektroniske komponenter og presisjon mekaniske deler. Som et kommersielt foretak NT-MDT Co foreligger fra 1993.

Innledning

Den oppløsningsevne klassiske optiske mikroskoper er begrenset av Abbe er diffraksjon grensen til ca til halvparten av den optiske wavelength.Howevwr, er det mulig å overvinne denne grensen.

Hvis en subwavelength hull i en metallplate skannes nær et objekt, kan en super-løst image skal bygges opp fra oppdaget lyset som passerer gjennom hullet. Scanning nær-field mikroskopi basert på dette prinsippet ble først foreslått av Synge og demonstrert ved mikrobølge frekvenser av Ash og Nicholls med en oppløsning på l/60. På synlige bølgelengder dette prinsippet (optisk stethoscopy, nær-feltet optisk-scanning mikroskopi , SNOM ) ble demonstrert av Pohl et al. I Betzig et al har vist bruker fiber prober til bilde en rekke prøver med en rekke ulike kontrast mekanismer.

Å gjøre systemet enklere å bruke og utvide sin anvendbarhet til prøver av orbitrary topografi, ville det være en fordel å ha en avstand Reguleringen i stand til å automatisere den innledende tilnærmingen og opprettholde blenderåpningen på en fast avstand fra prøven over hele løpet av en skanning. Flere mekanismer har vært foreslått tidligere å SNOM og relatert evanescent felt teknikker, inkludert electron tunneling, kapasitans, foton tunneling, nær-feltet refleksjon.

I dag den mest brukte metoden for probe-sample avstand regulering avhengig av påvisning av skjærkrefter mellom slutten av nær-felt probe og prøven. Skjærkraft baserte systemet tillater skjærkraft Mikroskopi alene, eller samtidig skjærkraft og i nærheten av-Field imaging, inkludert Transmission modus for gjennomsiktig prøver, Reflection modus for ugjennomsiktig prøver og Luminescence modus for ytterligere karakterisering av prøver.

Figur 1. Skjematisk av en kombinert skjærkraft og nær-feltet skanning optisk mikroskop.

Skjærkraft Mikroskopi

I dag den mest brukte metoden for probe-sample avstand regulering avhengig av påvisning av skjærkrefter mellom slutten av nær-felt probe og prøven. Skjærkraft baserte systemet tillater skjærkraft Mikroskopi alene, eller samtidig skjærkraft og nesten Arkivert imaging, inkludert Transmission modus for gjennomsiktig prøver, Reflection modus for ugjennomsiktig prøver og Luminescence modus for ytterligere karakterisering av prøver.

For å holde den optiske sonden nær overflaten nonoptical ordningen med kvarts stemmegaffel som sensor blir brukt. Det gjør det mulig å øke forholdet mellom nyttig signal til støy i sammenligning med optisk holde ordninger. Det er svært viktig ved operasjoner med begrensende oppløsning. Også photoinduced bærere vises ikke. Det er nødvendig forutsetning når noen egenskaper av halvleder er undersøkt.

I hjertet av nonoptical metode for innhenting av informasjon om overflaten ligger ide å bruke respons av kvarts stemmegaffel festet til optisk fiber på samspill med overflaten. System fiber-kvarts er glade i tverrstilt vibrasjoner med hjelp av eksterne fôret element på kvarts resonansfrekvens. Videre piezoeffect brukes: i nærvær av mekaniske svingninger elektriske utgangene av kvarts har spenning respons, som brukes som informasjon signal om amplitude av fiber pendling.

Skjærkraft Mikroskopi realiseres på følgende måte. Piezodriver via kvarts stemmegaffel opphisse svingninger av fiber probe med noen innledende amplitude. Egnet produksjonen verdien av kvarts er Ao. Etter nærmer prøven overflaten amplituden av fiber probe svingninger når noen settpunkt verdi og kvarts produksjon når verdi A. Etter at skanning av prøven overflaten er utført med å opprettholde denne verdien av feedback system.

Nøkkelelement i SNOM

Det sentrale element i nærheten-Field Scanning Microscope (SNOM) er en liten blenderåpning (slutten av laser opplyst fiber probe i vårt tilfelle) skannet langs prøven i umiddelbar nærhet, vanligvis mindre enn 10 nm.

I dag den mest brukte metoden for probe-sample avstand regulering avhengig av påvisning av skjærkrefter mellom slutten av nær-felt probe og prøven. Skjærkraft basert system tillater samtidig skjærkraft og nesten Arkivert imaging, inkludert Transmission modus for gjennomsiktig prøver, Reflection modus for ugjennomsiktig prøver og Luminescence modus for å skaffe ekstra karakterisering av prøver.

Overføring Mode of SNOM

Overføring modus av SNOM realiseres samtidig med skjærkraft Mikroskopi, som igjen er realisert på følgende måte. Piezodriver via kvarts stemmegaffel opphisse svingninger av fiber probe med noen innledende amplitude. Egnet produksjonen verdien av kvarts er A _0. Etter nærmer prøven overflaten amplituden av fiber probe svingninger når noen settpunkt verdi og kvarts produksjon når verdi A. Etter at skanning av prøven overflaten er utført med å opprettholde denne verdien av feedback system.

Under skanning prøven er opplyst av fiber probe og passert gjennom prøven lys via Målet er rettet på photomultiplier tube.

Figur 2. Transmission modus.

Refleksjon Mode of SNOM

Refleksjon modus av SNOM realiseres samtidig med skjærkraft Mikroskopi, som igjen er realisert på følgende måte. Piezodriver via kvarts stemmegaffel opphisse svingninger av fiber probe med noen innledende amplitude. Egnet produksjonen verdien av kvarts er A _0. Etter nærmer prøven overflaten amplituden av fiber probe svingninger når noen settpunkt verdi og kvarts produksjon når verdi A. Etter at skanning av prøven overflaten er utført med å opprettholde denne verdien av feedback system.

Under skanning prøven er opplyst av fiber sonden og de spredte lyset er regissert av speilet via målet på photomultiplier tube.

Figur 3. Refleksjon modus.

Luminescence Mode of SNOM

Luminescence modus av SNOM realiseres samtidig med skjærkraft Mikroskopi, som igjen er realisert på følgende måte. Piezodriver via kvarts stemmegaffel opphisse svingninger av fiber probe med noen innledende amplitude. Egnet produksjonen verdien av kvarts er A _0. Etter nærmer prøven overflaten amplituden av fiber probe svingninger når noen settpunkt verdi og kvarts produksjon når verdi A. Etter at skanning av prøven overflaten er utført med å opprettholde denne verdien av feedback system.

Under skanning prøven er opplyst av fiber probe og passert gjennom prøven lys via målsettinger og notch filter er rettet på photomultiplier tube.