Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
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M28: Rasterkraftmikroskopie (AFM)<br />
Durch das Abtasten <strong>der</strong> Oberfläche wird eine<br />
dreidimensionale Topographieinform<strong>at</strong>ion z(x i ,y i )<br />
gewonnen. Daraus lässt sich zum einen die Rauigkeit<br />
<strong>der</strong> vermessenen Oberfläche quantit<strong>at</strong>iv charakterisieren,<br />
und zwar bis zu vertikalen Rauigkeiten<br />
auf <strong>der</strong> Zehntel-Nanometer-Skala. An<strong>der</strong>erseits erlauben<br />
die digitalen D<strong>at</strong>en mittels <strong>der</strong> Analyse <strong>der</strong><br />
Fouriertranform<strong>at</strong>ion <strong>der</strong> Oberflächentopographie<br />
z(x i ,y i ) die Bestimmung <strong>der</strong> Größen- und Formverteilung<br />
<strong>der</strong> vermessenen Nanostrukturen in Analogie<br />
zu Beugungs- und Streu-Messmethoden.<br />
Ursprünglich wurde die Abtastung unter ständigem<br />
Kontakt von Sonde und Probe (Contact Mode)<br />
durchgeführt, wobei allerdings die auftretenden<br />
L<strong>at</strong>eralkräfte zwischen Sonde und Probe zu einer<br />
Beschädigung <strong>der</strong> untersuchten Oberfläche o<strong>der</strong><br />
einer schnellen Abnutzung <strong>der</strong> verwendeten Sonde<br />
führen kann. Beim so genannten Tapping Mode<br />
wird <strong>der</strong> Biegebalken mittels eines Piezokristalls<br />
nahe seiner Resonanzfrequenz (≈100 kHz) zu Oszill<strong>at</strong>ionen<br />
angeregt. Die Dämpfung des Biegebalkens<br />
in Probennähe wird wie<strong>der</strong>um mittels Lichtzeigermethode<br />
zur Höhendetektierung eingesetzt. Diese<br />
Methode ist wesentlich probenschonen<strong>der</strong> und<br />
verlängert die Lebensdauer <strong>der</strong> eingesetzten Sonde,<br />
was speziell bei den superscharfen Kohlenstoff-<br />
Sonden einen nicht unerheblichen Kostenfaktor<br />
darstellt. Durch Messung <strong>der</strong> Phasenverschiebung<br />
zwischen Anregungsschwingung und Oszill<strong>at</strong>ion<br />
des Biegebalkens lassen sich die visko-elastischen<br />
Eigenschaften <strong>der</strong> Probe zumindest qualit<strong>at</strong>iv ermitteln,<br />
wodurch eine Unterscheidung harter und<br />
weicher Oberflächenbereiche möglich wird.<br />
Das Prinzip <strong>der</strong> Rasterkraftmikroskopie ist universell<br />
einsetzbar, es funktioniert unter Umgebungsbedingungen<br />
gleichermaßen wie in Flüssigkeiten<br />
o<strong>der</strong> im Ultrahochvakuum. Funktionalisiert man die<br />
Sonden entsprechend, kann man mit ihnen z.B.<br />
auch magnetische, elektrische und mechanische<br />
Eigenschaften auf <strong>der</strong> Nanometerskala detektieren,<br />
was dann zu Methoden wie <strong>der</strong> Magnetkraftmikroskopie,<br />
<strong>der</strong> Leitfähigkeitsrasterkraftmikroskopie und<br />
<strong>der</strong> Nanoindentierung führt. Die Rasterkraftmikroskopie<br />
lässt sich auch als Werkzeug einsetzen, um<br />
Nanostrukturen gezielt zu erzeugen. Gegenwärtig<br />
werden zwei-dimensionale Anordnungen mit mehr<br />
als 1000 Sonden entwickelt, um die Rastersondenmikroskopie-gestützte<br />
Nanostrukturierung parallel<br />
und damit effizient durchführen zu können.<br />
Christian Teichert<br />
Montanuniversität Leoben<br />
Institut für Physik<br />
Methoden: M19 | M20 | M29 | M31<br />
Lösungen:<br />
L2 | L26<br />
Institute:<br />
I12 | I3 | I10 | I11<br />
Kontakte:<br />
K46<br />
AFM | Contact Mode | Oberflächenmorphologie | Oberflächenrauigkeit<br />
Rasterkraftmikroskopie | Tapping Mode<br />
74<br />
<strong>Handbuch</strong> <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> <strong>Steiermark</strong> <strong>2005</strong>
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