원자현미경(SPM:Scanning Prove Microscope)

소개

원자현미경(SPM:Scanning Prove Microscope)에 두가지 방법인 STM(Scanning Tunnelling Microscopy)과 AFM(Atomic Force Microscopy) 의 기본 원리에 대해 학습하고, 측정 원리를 세밀하게 알아본다.

목차

1. SPM 기술의 배경
2. SPM 기술의 기본 원리
-STM
-AFM
3. 이미지 방법

본문내용

SPM 기술의 배경

1980년대 초기, IBM의 Binnig 와 Rohrer 에 의해 처음으로 Scanning Tunnelling Microscopy ( STM )이라는 새로운 표면구조 연구를 위한 새로운 기술이 개발되었다.
이 기술개발을 시점으로 STM과 함께 관련 분야의 굉장히 빠른 성장을 가져오게 되었다.
STM은 Scanning Probe Microscopy ( SPM )으로 분류될 수 있으며, SPM의 또 다른 중요한 기술은 STM 뒤이은 Atomic Force Microscopy ( AFM )이 있다..
이 기술들의 발전은 최근 표면과학분야에서의 가장 중요한 사건임에 의심할 여지가 없으며 과학, 공학분야에서 원자, 분자 레벨의 새로운 영역을 열어줬다.

SPM 기술의 기본 원리

STM, AFM 모두 일반적으로 표면 위를 스캔 하는 동안 프로브(일반적으로 팁(tip)이라고 불리는데 글자 그대로 굉장히 예리한 금속 팁이다.)와 표면간의 상호작용(interaction)을 모닝터링 함으로써 표면을 분석하는 방법이다.

상호작용(interaction) 방법에 따라 약간 다른데,

STM의 경우 – 금속 팁과 전도성 기판 사이의 매우 근접한 간격 사이로 흐르는 터널링 전류에 대한 정보에 기인한다.
AFM의 경우 - 금속 팁과 전도성 기판 사이의 반데르발스힘(van der Waals force)에 대한 정보에 기인한다. (접합 모드에서 짧은 범위 반발력을 측정하거나 혹은 비접촉 모드에서의 긴 범위 인력을 측정하기도 한다.)


이러한 원자 레벨의 표면구조에 대한 정보를 제공하기 위해선,
1. 표면에 대해서 팁의 위치는 표면 또는 팁이 움직이면서 굉장히 정확하게 컨트롤 되어야 한다.(0.1 Å)
2. 팁은 반드시 굉장히 예리해야 한다.- 이상적으로는 표면에 접근하는 점에는 단 하나의 원자만이 있어야 한다.

참고자료

· Introduction to Surface Chemistry