บทความหนึ่งที่จะนําคุณไปเข้าใจประวัติศาสตร์ของการพัฒนาของกล้องจุลินทรีย์สแกน

ประวัติศาสตร์ของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน (SPM) เป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น ซึ่งวางรากฐานของวิทยาศาสตร์นาโนและเทคโนโลยีนาโน ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 การเกิดขึ้นและการคงอยู่ของ SPM ไม่เพียงแต่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตและจัดการวัสดุด้วยความแม่นยำระดับอะตอมและโมเลกุลเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการวิจัยในสาขาที่เกี่ยวข้องอีกด้วย ต่อไปนี้คือเหตุการณ์สำคัญในการพัฒนา SPM:

1981: นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Gerd Binnig และ Heinrich Rohrer ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกน (STM) ที่ห้องปฏิบัติการวิจัย IBM Zurich การประดิษฐ์ STM เป็นจุดเริ่มต้นของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน^[1]

Binnig

Lorrell

กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกนเครื่องแรกของโลก^[2]

1986: Binnig และ Lorrell ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการประดิษฐ์ STM งานของพวกเขาแสดงให้เห็นว่า STM สามารถถ่ายภาพได้ที่ความละเอียดระดับอะตอม ซึ่งเปิดโอกาสให้เกิดความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร

1989: นักวิทยาศาสตร์ของ IBM สาธิตเทคนิคที่สามารถจัดการอะตอมแต่ละอะตอมได้ โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกน พวกเขาจัดเรียงอะตอมซีนอน 35 อะตอมบนพื้นผิวคริสตัลเย็นของนิกเกิล โดยสะกดคำย่อของบริษัทสามตัวอักษร นี่เป็นครั้งแรกที่อะตอมถูกวางตำแหน่งอย่างแม่นยำบนระนาบ^[3]

สะกดคำว่า "IBM" ด้วยอะตอมซีนอน 35 อะตอม

1986: Binnig, Calvin Quate และ Christoph Gerber ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) AFM สามารถทำงานบนวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าได้ ซึ่งเป็นการขยายขอบเขตการใช้งานของเทคโนโลยี SPM [4] AFM ใช้แรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างโพรบและพื้นผิวตัวอย่างสำหรับการถ่ายภาพ และสามารถทำงานได้ในสุญญากาศ อากาศ และสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลว ดังนั้นจึงมีการใช้งานที่หลากหลายในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและการวิจัยทางชีวภาพ

กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมเครื่องแรก

แผนภาพโครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม

1.กล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็ก (MFM): กล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็ก (MFM) ถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และต้นทศวรรษ 1990 โดยใช้โพรบเคลือบแม่เหล็ก โพรบวัดโต้ตอบกับพื้นผิวของตัวอย่างเพื่อให้ได้ภาพโดเมนแม่เหล็กความละเอียดสูงระดับนาโน การคิดค้นนี้ช่วยให้นักวิจัยได้รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ

การศึกษาข้อบกพร่องของโครงสร้างจุลภาคโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็กสนามแม่เหล็กสูงอุณหภูมิต่ำ

2.กล้องจุลทรรศน์แรงไฟฟ้าสถิต (EFM): กล้องจุลทรรศน์แรงไฟฟ้าสถิต (EFM) ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดย Stephen Culps (Stephen Kalb) และ Horst F. Falmer (Horst F.Hamann) ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และต้นทศวรรษ 1990 โดยวัดการเปลี่ยนแปลงของแรงไฟฟ้าสถิตผ่านโพรบที่มีประจุและตระหนักถึงการถ่ายภาพไฟฟ้าความละเอียดสูงระดับนาโน EFM ใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาวัสดุกึ่งตัวนำ อุปกรณ์จัดเก็บประจุ และนาโนอิเล็กทรอนิกส์

กล้องจุลทรรศน์ออปติคอลสแกนใกล้สนาม (NSOM หรือ SNOM): กล้องจุลทรรศน์ออปติคอลใกล้สนาม (NSOM) ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดย Eric Betzig และ John Trautman ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และต้นทศวรรษ 1990 NSOM ใช้โพรบไฟเบอร์ออปติกที่มีรูรับแสงต่ำกว่าความยาวคลื่นเพื่อถ่ายภาพออปติคอลความละเอียดสูงโดยการจำกัดแสงในพื้นที่ขนาดเล็กมากและสแกนพื้นผิวตัวอย่าง ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุ ชีววิทยา เคมี และการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์

หลักการทั่วไปของ NSOM

1.ความละเอียดสูงและความไวสูง: ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีโพรบ ระบบควบคุม และเทคโนโลยีการประมวลผลข้อมูล ความละเอียดและความไวของ SPM จึงได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

2.โพรบหลายฟังก์ชัน: มีการพัฒนาโพรบที่มีคุณสมบัติทางเคมี กลไก แม่เหล็ก หรือกลไกเฉพาะ ทำให้สามารถจำแนกและจัดการ SPM ได้หลากหลายยิ่งขึ้น

3.การถ่ายภาพแบบหลายโหมด: เมื่อรวมกับรูปแบบการถ่ายภาพหลายแบบ ข้อมูลคุณสมบัติหลายอย่างของตัวอย่างสามารถรับได้พร้อมกัน

รวมโหมดต่างๆ ของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน

4.การถ่ายภาพระดับเวเฟอร์: ด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างมากของขนาดวงจรรวม ตัวอย่างขนาดใหญ่จึงจำเป็นต้องถ่ายภาพ

ชิปที่ผลิตบนเวเฟอร์

5.การประยุกต์ใช้ในชีววิทยา: SPM ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาโมเลกุลและเซลล์ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถสังเกตโครงสร้างและกระบวนการไดนามิกของมาโครโมเลกุลทางชีวภาพได้โดยตรง

เทคโนโลยีของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และเทคนิคและการประยุกต์ใช้ใหม่ๆ ก็เกิดขึ้น กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมแบบมัลติฟังก์ชันและกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมระดับเวเฟอร์ที่พัฒนาโดย Zhiguo Precision Instruments รองรับลักษณะของตัวอย่างขนาดใหญ่ และฟังก์ชันการวิเคราะห์แม่เหล็ก, พีโซอิเล็กทริก, สแกนเคลวิน และเฟสของเหลวแบบบูรณาการ, มีระดับเสียงรบกวนต่ำมาก, และมีการวิเคราะห์การประมวลผลข้อมูลอัจฉริยะโดยใช้การเรียนรู้เชิงลึก อนาคตจะยังคงมุ่งเน้นไปที่ความละเอียดที่สูงขึ้น ความเร็วในการถ่ายภาพที่เร็วขึ้น และการวิจัยอุปกรณ์ SPM แบบมัลติฟังก์ชันที่แข็งแกร่งขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมแบบมัลติฟังก์ชัน AtomEdge ที่พัฒนาโดย Zhizhen Company