Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG)

Rasterkraftmikroskopie (Atomic force microscopy - AFM)

 

Mit der Rasterkraftmikroskopie (Atomic force microscopy - AFM) können, anders bei der Rastertunnelmikroskopie auch leitende Probenoberflächen schonend mit einer feinen Spitze abgerastert werden.

 

Diese ist an einem Hebelarm (engl. Cantilever) befestigt. Die Spitze rastert einen quadratischen Bereich der Probe zeilenweise ab, wobei ein Laserstrahl auf die obere Seite des Cantilevers gerichtet ist und dessen Reflexionsstrahl auf den Detektor fällt. Es werden Kraftwechselwirkungen zwischen Spitze und Probe gemessen, die den Cantilever bewegen und somit ebenfalls den Reflektionsstrahl des Lasers auf der Photodiode im Detektorfeld.

 

AFM-Funktionsweise

Funktionsweise der Rasterkraftmikroskopie (Atomic force microscopy - AFM)

 

Da das Detektorfeld in vier verschiedene Felder aufgeteilt ist, liefert die Wanderung des Lasers über die Photodiode unterschiedliche Spannungswerte, aus denen ein Differenzsignal gebildet wird.

 

Es gibt zwei Möglichkeiten dieses Differenzsignal zu verarbeiten. Es kann direkt zu einem Höhenprofil umgerechnet werden, oder in einer Rückkopplungsschleife an das piezokeramische Element weitergeleitet werden, so dass diese Einheit den Cantilever so nachregelt, dass die Aufdruckkraft der Spitze konstant bleibt. Im ersten Fall spricht man von einem konstante-Höhe-Modus (constant height mode), im darauf folgenden vom konstante-Kraft-Modus (constant force mode). 


Es sind somit Messungen an Luft und in Flüssigkeit möglich, wobei die Auflösung durch die Variation der Cantilever und Scanner bis in den atomaren Bereich gehen kann.

 

Das Rasterkraftmikroskop von Digital Instruments (NanoScope MultiMode mit NanoScope IIIa Kontrolleinheit) bietet darüber hinaus die Möglichkeit durch den Umbau des Messkopfes Rastertunnelmikroskopie zu betreiben.

 

AFM-Anwendung

Beispiele für unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten der Rasterkraftmikroskopie (Atomic force microscopy - AFM)