AFM vs. SEM

Die Notwendigkeit, die kleinere Welt zu erkunden, ist mit der jüngsten Entwicklung neuer Technologien wie Nanotechnologie, Mikrobiologie und Elektronik rasant gewachsen. Da das Mikroskop das Werkzeug ist, das die vergrößerten Bilder der kleineren Objekte liefert, wird viel Forschung betrieben, um verschiedene Techniken der Mikroskopie zu entwickeln, um die Auflösung zu erhöhen. Obwohl das erste Mikroskop eine optische Lösung ist, bei der Linsen zur Vergrößerung der Bilder verwendet wurden, folgen aktuelle hochauflösende Mikroskope unterschiedlichen Ansätzen. Das Rasterelektronenmikroskop (SEM) und das Rasterkraftmikroskop (AFM) basieren auf zwei dieser unterschiedlichen Ansätze.

Rasterkraftmikroskop (AFM)

AFM scannt die Oberfläche der Probe mit einer Spitze, und die Spitze bewegt sich je nach Art der Oberfläche auf und ab. Dieses Konzept ähnelt der Art und Weise, wie ein Blinder eine Oberfläche versteht, indem er mit den Fingern über die Oberfläche fährt. Die AFM-Technologie wurde 1986 von Gerd Binnig und Christoph Gerber eingeführt und ist seit 1989 im Handel erhältlich.

Die Spitze besteht aus Materialien wie Diamant-, Silizium- und Kohlenstoffnanoröhren und ist an einem Ausleger befestigt. Je kleiner die Spitze, desto höher die Auflösung der Bildgebung. Die meisten der vorliegenden AFMs haben eine Nanometerauflösung. Verschiedene Arten von Methoden werden verwendet, um die Verschiebung des Auslegers zu messen. Die gebräuchlichste Methode ist die Verwendung eines Laserstrahls, der auf den Ausleger reflektiert, so dass die Ablenkung des reflektierten Strahls als Maß für die Auslegerposition verwendet werden kann.

Da AFM die Methode zum Fühlen der Oberfläche mit einer mechanischen Sonde verwendet, kann es ein 3D-Bild der Probe erzeugen, indem alle Oberflächen untersucht werden. Es ermöglicht Benutzern auch, die Atome oder Moleküle auf der Probenoberfläche mit der Spitze zu manipulieren.

Rasterelektronenmikroskop (REM)

SEM verwendet einen Elektronenstrahl anstelle von Licht zur Abbildung. Es hat eine große Schärfentiefe, die es dem Benutzer ermöglicht, ein detaillierteres Bild der Probenoberfläche zu betrachten. AFM hat auch eine bessere Kontrolle über das Ausmaß der Vergrößerung, da ein elektromagnetisches System verwendet wird.

Im REM wird der Elektronenstrahl mit einer Elektronenkanone erzeugt und durchläuft einen vertikalen Pfad entlang des Mikroskops, das in ein Vakuum gebracht wird. Elektrische und magnetische Felder mit Linsen fokussieren den Elektronenstrahl auf die Probe. Sobald der Elektronenstrahl auf die Probenoberfläche trifft, werden Elektronen und Röntgenstrahlen emittiert. Diese Emissionen werden erfasst und analysiert, um das Materialbild auf den Bildschirm zu bringen. Die Auflösung des REM liegt im Nanometerbereich und hängt von der Strahlenergie ab.

Da SEM im Vakuum betrieben wird und auch Elektronen im Bildgebungsprozess verwendet, sollten bei der Probenvorbereitung spezielle Verfahren befolgt werden.

SEM hat eine sehr lange Geschichte seit seiner ersten Beobachtung durch Max Knoll im Jahr 1935. Das erste kommerzielle SEM war 1965 erhältlich.