Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

3.2 Schichtanalyse and Charakterisierung 51
Abbildung 3.14: VerallgemeinerteFunktionswiese
des Rasterkraftmikroskops.
Der Cantilever, d.h.
Tastspitze und Biegebalken
rastern die Oberfläche
ab, während der
Positionssensor die vertikale
Bewegung detektiert.
Dieser Cantilever ist über eine piezoelektrische Verfahreinheit in drei Dimensionen beweglich.
Zeilenweise rastert die Spitze die Oberfläche ab und folgte dabei der Topographie der
Oberfläche. Die vertikale Auslenkung wurde in der Arbeit von Binnig et.al. [76] mittels Tunnelstrom
gemessen, der zwischen dem Cantilever und einer weiteren Spitze abgegriffen wurde.
Auch diese zweite Spitze ließ sich auf einer piezoelektrischen Verfahreinheit in vertikaler
Richtung bewegen. Das ganze System wurde so geregelt, dass der Tunnelstrom immer konstant
war und die Kraft auf dem Cantilever nach dem Hookschen Gesetzt immer gleich blieb.
Der entscheidende Vorteil gegenüber dem Tunnelmikroskop ist, dass auch die Topographie
nichtleitender Materialien bestimmt werden kann.
Bei denen in dieser Arbeit benutzten Geräten, dies ist zum einen die Pico-Station der Firma
SIS und das System 4210 der Firma Joel, wurde die Auslenkung des Cantilevers über ein
Glasfaserinterferometer gemessen. Hier wird das Licht eines Halbleiterlasers in eine Glasfaser
eingekoppelt. Über einen Strahlteiler gelangt das Licht zur Biegefeder. Dabei stellt nun die
Faserendfläche, die wie ein halbdurchlässiger Spiegel wirkt und der davor befindliche Cantilever
ein Perot-Fabry Interferometer dar. Das reflektierte Licht wird im Faserarm zurück zum
Faserkoppler geleitet. Hier erfolgt eine Auskopplung des Lichtes zum Photodetektor, mit dem
das Interferometersignal gemessen wird.
Eine hohe Empfindlichkeit dieser Methode wird erzielt, wenn die Variation des Messsignals
im Bereich des maximalen Gradienten gemessen wird, siehe Abb. 3.15. Wird die Biegefeder
in diese annähernd linearen Bereiche gebracht, so sind Auslenkungen mit einer Genauigkeit
von 0,01nm nachweisbar. Da sich während der Messung die Auflagekräfte nicht ändern sollen,
wird die Biegefederauslenkung konstant gehalten. Die Piezostellglieder führen dabei die
entsprechende Ausgleichsbewegung durch. Damit ist gleichzeitig gewährleistet, dass sich die
Tastspitze stets im empfindlichsten Detektionsbereich des Interferometers befindet.
Abbildung 3.15: Intensitätsänderung
des Messsignals in
Abhängigkeit vom Abstand
zwischen der Glasfaserendfläche
und dem Cantilever.