Il existe plusieurs types de microscopes à balayage, notamment le microscope électronique à balayage, le microscope à effet tunnel et le microscope à force atomique. Typiquement, les microscopes à balayage se composent d’une sonde ou d’un faisceau d’électrons qui balaye la surface d’un échantillon. L’interaction entre le microscope à balayage et l’échantillon produit des données mesurables, telles que le changement de courant, la déviation de la sonde ou la production d’électrons secondaires. Ces données sont utilisées pour créer une image de la surface de l’échantillon au niveau atomique.
Le microscope électronique à balayage est l’un des nombreux types de microscopes à balayage utilisés pour imager un échantillon. Le microscope détecte des signaux résultant de l’interaction de son faisceau d’électrons avec les atomes à la surface de l’échantillon. Plusieurs types de signaux sont généralement produits, notamment la lumière, les rayons X et les électrons.
Il existe plusieurs types d’électrons qui peuvent être mesurés par ce microscope, notamment les électrons transmis, les électrons rétrodiffusés et les électrons secondaires. Typiquement, les microscopes électroniques à balayage ont un détecteur d’électrons secondaires, qui sont des électrons délogés produits à partir d’une source primaire de rayonnement, à savoir le faisceau d’électrons. Les électrons secondaires renseignent sur la structure physique de la surface au niveau atomique. Généralement, le microscope image une zone de 1 à 5 nanomètres.
Les microscopes à balayage qui utilisent une sonde, tels que le microscope à effet tunnel, produisent des images à plus haute résolution que le microscope électronique à balayage. Le microscope à effet tunnel est doté d’une pointe conductrice placée très près de l’échantillon. Une différence de tension entre la pointe conductrice et l’échantillon provoque le passage des électrons de l’échantillon à la pointe.
Au fur et à mesure que les électrons se croisent, un courant tunnel est formé et mesuré. Lorsque la pointe conductrice est déplacée, le courant change, reflétant les différences de hauteur ou de densité à la surface de l’échantillon. Avec ces données, une image de la surface au niveau atomique est construite.
Le microscope à force atomique est un autre microscope à balayage doté d’une sonde. Il se compose d’un porte-à-faux et d’une pointe acérée qui est placée près de la surface de l’échantillon. Lorsque la pointe s’approche de l’échantillon, des forces entre la pointe et l’échantillon font dévier le porte-à-faux. Les forces comprennent généralement la force de contact mécanique, la force de van der Waals et la force électrostatique.
En règle générale, la déviation du porte-à-faux est mesurée à l’aide d’un laser focalisé sur la surface supérieure du porte-à-faux. La déviation révèle la forme physique de la surface en un point particulier. L’échantillon et la sonde sont tous deux déplacés pour balayer toute la surface. Une image est construite à partir des données obtenues par le laser.