Rasterkraftmikroskop - Prinzip und Aufbau
Das grundlegende Funktionsprinzip eines Rasterkraftmikroskops besteht darin, die Wechselwirkung zwischen der Sonde und den Atomen und Molekülen der Probenoberfläche auszunutzen, d. h., wenn sich zwischen Sonde und Probenoberfläche im Nanometerbereich eine Vielzahl von wechselwirkenden physikalischen Feldern bilden, wird durch die Erfassung der entsprechenden physikalischen Größen die Oberflächentopographie der Probe ermittelt. Ein Rasterkraftmikroskop besteht aus fünf Teilen: Sonde, Scanner, Verschiebungssensor, Controller, Erfassungssystem und Bildsystem.
Die Steuerung bewegt die Probe über den Scanner in vertikaler Richtung, um den Abstand zwischen Sonde und Probe (oder die physikalische Wechselwirkungsgröße) auf einem festen Wert zu stabilisieren; gleichzeitig wird die Probe in der horizontalen xy-Ebene bewegt, sodass die Sonde die Probenoberfläche gemäß dem Scanpfad abtastet. Beim Rastersondenmikroskop erkennt das Erkennungssystem das Wechselwirkungssignal zwischen Sonde und Probe, wenn der Abstand zwischen Sonde und Probe stabilisiert wird; beim Stabilisieren der physikalischen Wechselwirkungsgröße wird der Abstand zwischen Sonde und Probe vom Verschiebungssensor in vertikaler Richtung erkannt. Das Bildgebungssystem verwendet das Erkennungssignal (oder den Abstand zwischen Sonde und Probe) zur Bildgebung und anderen Bildverarbeitungsvorgängen auf der Probenoberfläche.
Abhängig vom physikalischen Wechselwirkungsfeld zwischen Sonde und Probe werden Rastersondenmikroskope in verschiedene Mikroskopfamilien unterteilt. Zwei der am häufigsten verwendeten Arten von Rastersondenmikroskopen sind Rastertunnelmikroskope (STM) und Rasterkraftmikroskope (AFM). Die Rastertunnelmikroskopie wird verwendet, um die Oberflächenstruktur einer Probe zu untersuchen, indem die Stärke des Tunnelstroms zwischen Sonde und zu untersuchender Probe erfasst wird. AFM erkennt die Probenoberfläche, indem es die Mikroauslegerverformung erkennt, die durch die Wechselwirkungskraft zwischen der Sondenspitze und der Probe (entweder anziehend oder abstoßend) verursacht wird, und zwar mithilfe eines fotoelektrischen Verschiebungssensors.
