Es gibt verschiedene Arten von Rastermikroskopen, einschließlich Rasterelektronenmikroskop, Rastertunnelmikroskop und Rasterkraftmikroskop. Typischerweise bestehen Rastermikroskope aus einer Sonde oder einem Elektronenstrahl, der die Oberfläche einer Probe abtastet. Durch die Wechselwirkung zwischen Rastermikroskop und Probe entstehen messbare Daten wie die Stromänderung, die Sondenauslenkung oder die Erzeugung von Sekundärelektronen. Diese Daten werden verwendet, um ein Bild der Oberfläche der Probe auf atomarer Ebene zu erstellen.
Das Rasterelektronenmikroskop ist eine von mehreren Arten von Rastermikroskopen, die zur Abbildung einer Probe verwendet werden. Das Mikroskop erkennt Signale, die aus der Wechselwirkung seines Elektronenstrahls mit den Atomen auf der Probenoberfläche resultieren. Normalerweise werden mehrere Arten von Signalen erzeugt, einschließlich Licht, Röntgenstrahlen und Elektronen.
Es gibt verschiedene Arten von Elektronen, die mit diesem Mikroskop gemessen werden können, einschließlich durchgelassener Elektronen, rückgestreuter Elektronen und Sekundärelektronen. Typischerweise weisen Rasterelektronenmikroskope einen Detektor für Sekundärelektronen auf, bei denen es sich um verdrängte Elektronen handelt, die von einer primären Strahlungsquelle, nämlich dem Elektronenstrahl, erzeugt werden. Die Sekundärelektronen geben Aufschluss über die physikalische Struktur der Oberfläche auf atomarer Ebene. Im Allgemeinen bildet das Mikroskop einen Bereich von 1-5 Nanometern ab.
Rastermikroskope, die eine Sonde verwenden, wie das Rastertunnelmikroskop, erzeugen Bilder mit höherer Auflösung als das Rasterelektronenmikroskop. Das Rastertunnelmikroskop verfügt über eine leitende Spitze, die sehr nahe an der Probe platziert wird. Ein Spannungsunterschied zwischen der leitenden Spitze und der Probe bewirkt, dass Elektronen von der Probe zur Spitze tunneln.
Beim Überqueren der Elektronen wird ein Tunnelstrom gebildet und gemessen. Wenn die leitende Spitze bewegt wird, ändert sich der Strom und spiegelt Höhen- oder Dichteunterschiede auf der Oberfläche der Probe wider. Mit diesen Daten wird ein Bild der Oberfläche auf atomarer Ebene erstellt.
Das Rasterkraftmikroskop ist ein weiteres Rastermikroskop, das über eine Sonde verfügt. Es besteht aus einem Cantilever und einer scharfen Spitze, die nahe der Oberfläche der Probe platziert wird. Wenn sich die Spitze der Probe nähert, bewirken Kräfte zwischen der Spitze und der Probe, dass sich der Ausleger auslenkt. Typische Kräfte umfassen mechanische Kontaktkraft, Van-der-Waals-Kraft und elektrostatische Kraft.
Typischerweise wird die Auslenkung des Auslegers mit einem Laser gemessen, der auf die Oberseite des Auslegers fokussiert wird. Die Durchbiegung zeigt die physikalische Form der Oberfläche an einem bestimmten Punkt. Sowohl die Probe als auch die Sonde werden bewegt, um die gesamte Oberfläche abzutasten. Aus den vom Laser erhaltenen Daten wird ein Bild erstellt.