Dynamische Rasterkraftmikroskopie mit kleinen Amplituden an Luft und in Flüssigkeiten

Elisabeth Wutscher
2012
In der vorliegenden Arbeit wurde mit dynamischer Rasterkraftmikroskopie an Luft und in Flüssigkeiten bei kleinen Schwingungsamplituden gemessen. In den letzten Jahren wurde festgestellt, dass die bestmögliche Auflösung von Oberflächen mit kleinen Amplituden der Kraftsensoren erreicht werden kann [2, 5]. Die am weitverbreitetsten Kraftsensoren sind Federbalken mit integrierten Spitzen aus Silizium, die eine Steifigkeit von etwa 40N/m und Resonanzfrequenzen von etwa 150 kHz haben. Doch für
more » ... en an Luft und in Flüssigkeiten ist es schwer, mit diesen geringen Sensorsteifigkeiten bei kleinen Amplituden abzubilden. Durch die Nutzung des qPlus Sensors als Kraftsensor, der eine höhere Steifigkeit besitzt, kann dies vereinfacht werden. Die hier verwendeten qPlus Sensoren besitzen eine Steifigkeit von etwa 4300N/m und Resonanzfrequenzen von etwa 50 kHz. Rauschbetrachtungen zeigen, dass die hohe Steifigkeit und die niedrigere Resonanzfrequenz des qPlus Sensors von Nachteil für den minimal messbaren Kraftgradienten sind. Durch höhere Gütewerte des qPlus Sensors kann dieser Nachteil wieder kompensiert werden. Die hohe Auflösung der gezeigten Topographiebilder konnte nur durch die Verwendung von selbst hergestellten Diamantspitzen erreicht werden. Diese Spitzen zeigen, verglichen mit Metallspitzen, keine Abnutzungserscheinungen und reduzieren, aufgrund ihrer wasserabweisenden Eigenschaft, zusätzlich die wirkenden Kapillarkräfte. An Luft sind hochaufgelöste Bilder von epitaktischem Graphen mit der Frequenzmodulations-Rasterkraftmikroskopie (engl.: Frequency Modulation Atomic Force Microscopy: FM-AFM) aufgenommen worden. Durch den Einbau eines neuen Kraftsignalwandlers konnte die bestehende Auslenkungsrauschdichte des selbstaufgebauten, vertikalen Messkopfes um 60% gesenkt werden. Dadurch konnten, neben bekannten Stufen und Faltungslinien auch Falten auf der Graphenoberfläche abgebildet werden, die einen Abstand von etwa 5,6nm haben. Die Ursache dieser Falten ist noch ungeklärt. Die beiden auftretenden Faltenrichtungen bild [...]
doi:10.5283/epub.25132 fatcat:z7pc25ihfrdobbfi7kheyigfg4