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Rasterkraftmikroskop

Die Rasterkraftmikroskopie ist eine Untersuchungsmethode, die es ermöglicht, Strukturen der Oberflächen nahezu beliebiger Materialien zu visualisieren [Ebert, 1998]. Es handelt sich dabei um eine Spitze (etwa aus Wolfram) von atomarer Feinheit, die z.B. durch Ätzen hergestellt wurde und auf einem federnden ,,Blech``, dem sog. cantilever, angebracht ist. Diese Spitze wird über die zu untersuchende Oberfläche gezogen und dabei die Verzerrung des cantilevers registriert, indem z.B. ein Spiegel daran befestigt ist, der einen Laserstrahl ablenkt (Abb. 3.7).

Offensichtlich kann atomare Auflösung nur mit einem Positionierungsmechanismus ebensolcher Genauigkeit bewerkstelligt werden. Diese Aufgabe übernehmen Piezokristalle, die sich abhängig von der angelegten Spannung um Bruchteile ihrer Gitterkonstanten (also im Å-Bereich) ausdehnen oder zusammenziehen können.

Abbildung 3.7: Rasterkraftmikroskop (A), UHV-AFM Spitze (B) und Rastertunnelmikroskop (C).
\resizebox {.95\textwidth}{!}{\includegraphics{ps/stmafm}}

Bei dem AFM am MBE-Reaktor ist dagegen die Spitze selbst auf einen weiteren Piezokristall geklebt (Abb. 3.7), der in Schwingungen versetzt wird. In diesem sog. tapping mode wird elektronisch beobachtet, mit welcher Verzögerung die Spitze dem angelegten Signal antwortet, wenn sie beim Schwingungsvorgang ins Potential der Probenoberfläche eintaucht (Phasenverschiebung durch van der Waals und elektromagnetische Wechselwirkung).

Etwas schwierig ist auch zu entscheiden, ob Strukturen von der Spitze herrühren oder tatsächlich auf der Oberfläche vorhanden sind. Für leitende Materialien wie $GaN$ bietet sich auch an, Rastertunnelmikroskopie zu betreiben, bei der der Tunnelstrom zwischen den elektrischen Oberflächenzuständen und einer leitenden Spitze gemessen wird (Abb. 3.7). Das erzielte Bild gibt die Zustandsdichte an der Probenoberfläche wieder, die oft auch Rückschlüsse auf die Kristallstruktur der Oberfläche erlaubt [Ebert, 1998].


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Lars Steinke
1999-10-10