Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

M28: Rasterkraftmikroskopie (AFM)Durch das Abtasten der Oberfläche wird einedreidimensionale Topographieinformation z(x i ,y i )gewonnen. Daraus lässt sich zum einen die Rauigkeitder vermessenen Oberfläche quantitativ charakterisieren,und zwar bis zu vertikalen Rauigkeitenauf der Zehntel-Nanometer-Skala. Andererseits erlaubendie digitalen Daten mittels der Analyse derFouriertranformation der Oberflächentopographiez(x i ,y i ) die Bestimmung der Größen- und Formverteilungder vermessenen Nanostrukturen in Analogiezu Beugungs- und Streu-Messmethoden.Ursprünglich wurde die Abtastung unter ständigemKontakt von Sonde und Probe (Contact Mode)durchgeführt, wobei allerdings die auftretendenLateralkräfte zwischen Sonde und Probe zu einerBeschädigung der untersuchten Oberfläche odereiner schnellen Abnutzung der verwendeten Sondeführen kann. Beim so genannten Tapping Modewird der Biegebalken mittels eines Piezokristallsnahe seiner Resonanzfrequenz (≈100 kHz) zu Oszillationenangeregt. Die Dämpfung des Biegebalkensin Probennähe wird wiederum mittels Lichtzeigermethodezur Höhendetektierung eingesetzt. DieseMethode ist wesentlich probenschonender undverlängert die Lebensdauer der eingesetzten Sonde,was speziell bei den superscharfen Kohlenstoff-Sonden einen nicht unerheblichen Kostenfaktordarstellt. Durch Messung der Phasenverschiebungzwischen Anregungsschwingung und Oszillationdes Biegebalkens lassen sich die visko-elastischenEigenschaften der Probe zumindest qualitativ ermitteln,wodurch eine Unterscheidung harter undweicher Oberflächenbereiche möglich wird.Das Prinzip der Rasterkraftmikroskopie ist universelleinsetzbar, es funktioniert unter Umgebungsbedingungengleichermaßen wie in Flüssigkeitenoder im Ultrahochvakuum. Funktionalisiert man dieSonden entsprechend, kann man mit ihnen z.B.auch magnetische, elektrische und mechanischeEigenschaften auf der Nanometerskala detektieren,was dann zu Methoden wie der Magnetkraftmikroskopie,der Leitfähigkeitsrasterkraftmikroskopie undder Nanoindentierung führt. Die Rasterkraftmikroskopielässt sich auch als Werkzeug einsetzen, umNanostrukturen gezielt zu erzeugen. Gegenwärtigwerden zwei-dimensionale Anordnungen mit mehrals 1000 Sonden entwickelt, um die Rastersondenmikroskopie-gestützteNanostrukturierung parallelund damit effizient durchführen zu können.Christian TeichertMontanuniversität LeobenInstitut für PhysikMethoden: M19 | M20 | M29 | M31Lösungen:L2 | L26Institute:I12 | I3 | I10 | I11Kontakte:K46AFM | Contact Mode | Oberflächenmorphologie | OberflächenrauigkeitRasterkraftmikroskopie | Tapping Mode74Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005