View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

3.1 Optisches Rasternahfeldmikroskop 43
Sekunde liegt, bestimmt. Nachteilig an dieser Methode ist, dass pro Messung
nur eine Wellenlänge untersucht werden kann, bzw. dass die Separation von
verschiedenen Wellenlängen mit nur einem Detektor nicht möglich ist.
Nah- und Fernfeldmessungen
In dieser Arbeit werden Messungen im Nahfeld also direkt an der Probenoberfläche
bin hin zum Fernfeld 10 vorgestellt. Die Messungen im Nahfeld werden
bei einem konstanten Abstand von ca. 20 nm zwischen Probe und NSOM-Spitze
durchgeführt. Das Abrastern der Oberfläche führt ein Nanocube der Firma Physik
Instrumente aus, der ein maximales Messfeld von 100 μm × 100 μm ermöglicht.
Typischerweise werden allerdings Messfelder in der Größe von 10 μm × 10 μm
mit 300 × 300 Pixel untersucht, da sich diese Größe als geeignet für die zu untersuchenden
Strukturen heraus gestellt hat. Hierbei ist insbesondere die Messzeit
eine limitierende Größe. Messungen, die mehrere Stunden oder sogar Tage dauern,
setzen ein sehr stabiles System voraus. Das in dieser Arbeit verwendete
NSOM erweist sich als äußerst stabil, so können auch längere Messreihen durchgeführt
werden. Trotzdem kann bereits eine kleine Verkippung der Probe bei
einem großen Messfeld zu einem erheblich Höhenunterschied führen, der nicht
entsprechend durch den z-Piezo ausgeglichen werden kann. Es könnte dadurch
zur Zerstörung der Spitze kommen. Ein mosaikartiges Zusammensetzen kleinerer
Messfelder umgeht dieses Problem. Des Weiteren können damit große Messfelder
mit einer hohen Auflösung zusammen gestellt werden. Diese sind insbesondere
bei der Auswertung von Streuanteilen mittels Fourieranalyse interessant, da ein
hohes Auflösungsvermögen im Frequenzraum nur durch ein ausreichend großes
Messfeld erreicht wird. Nichtsdestotrotz ist eine angepasste Messdauer allgemein
wünschenswert. Hierzu gehört die simultane Vermessung bei mehreren Wellenlängen,
die in diesem Zusammenhang eine wichtige Weiterentwicklung des
Mikroskops ist. Zum einen wird die Messzeit erheblich verkürzt, da die Messung
nicht für jede Wellenlänge separat durchgeführt werden muss, und zum anderen
sind die Messungen verschiedener Wellenlängen direkt vergleichbar.
Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen u.a. eine Grundlage für Simulationen sein.
Dazu muss die Energiedichteverteilung des elektrischen Felds durch NSOM-
Messungen sowohl an der Probenoberfläche als auch im Fernfeld bestimmt
werden, um diese mit Simulationsergebnissen vergleichen zu können. An der
Probenoberfläche im Nahfeld beginnend wird die NSOM-Messung im gleichen
Messfeld wiederholt. Bei jeder Wiederholung vergrößert der Nanocube den Abstand
zwischen Oberfläche und NSOM-Spitze. Die erste Messung ist zunächst
eine übliche Nahfeldmessung und die Abstandsregelung arbeitet im CDM. In den
darauf folgenden Messungen versucht die Abstandsreglung durch den z-Piezo
die Abstandsvergrößerung durch den Nanocube auszugleichen. Sobald dies nicht
mehr möglich ist, verharrt der z-Piezo auf einer konstanten Position und die Ab-
10 Abstand zwischen NSOM-Spitze und Oberfläche beträgt einige Mikrometer.