Modell LensAFM
Rasterkraftmikroskop (AFM Mikroskop) für hochauflösende Analysen von Oberflächen
Ein Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) ist ein hochauflösendes Mikroskop, das auf der Messung der Wechselwirkungskräfte zwischen einer winzigen Spitze und einer Probe basiert. Es wird in verschiedenen wissenschaftlichen, industriellen und forschungsbezogenen Anwendungen eingesetzt.
Hier sind einige wichtige Verwendungen für ein Rasterkraftmikroskop:
- Oberflächenabbildung: Das AFM ermöglicht die hochauflösende Abbildung von Oberflächen auf der Nanoskala. Es kann Strukturen und Topographien von Materialien mit sehr hoher Auflösung erfassen.
- Materialcharakterisierung: Das AFM wird für die Charakterisierung von Materialeigenschaften eingesetzt, einschließlich Härte, Elastizität und Haftung. Dies ist besonders wichtig in der Materialwissenschaft und -technik.
- Oberflächenrauhigkeitsmessung: Das AFM ermöglicht die genaue Messung der Oberflächenrauhigkeit von Materialien. Dies ist wichtig in Anwendungen wie der Herstellung von optischen Bauteilen und elektronischen Geräten.
- Kraftspektroskopie: Das AFM ermöglicht die Messung der Wechselwirkungskräfte zwischen der Spitze und der Probe. Dies ermöglicht die Untersuchung von Kräfteigenschaften und molekularen Bindungen auf der Nanoskala.
Insgesamt ist das Rasterkraftmikroskop aufgrund seiner hohen Auflösung und vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten ein äußerst leistungsfähiges Instrument in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen und Industriezweigen.
Analysen
- Dreidimensionale Oberflächenmessungen
- Rauheiten und Stufenhöhen
- Mechanische Materialunterschiede
- Oberflächenadhäsion
- Strom-Spannungs-Kurven
- Oberflächenleitfähigkeit bzw. -widerstand
- Verteilung von magnetischen Feldern
- Verteilung von elektrostatischen Feldern
Messmodi
- AFM (atomic force microscopy)
- AFM Force Spectroscopy
- C-AFM (conductive atomic force microscopy)
- MFM (magnetic force microscopy)
- EFM (electrostatic force microscopy)
Beispiel
- AFM Topografiemessung
Spezifikation
- XY-Auflösung: 1.7 nm
- Z-Auflösung: 0.34 nm
- XY-Scanbereich: max. 110 µm
- Z-Scanbereich: max. 22 µm
Topografiemessung (AFM)
Bei der Rasterkraftmikroskopie (englisch: AFM – atomic force microscopy) tastet eine an einer Blattfeder (Cantilever) befindliche Messnadel die Oberfläche ab. Das Rasterkraftmikroskop ist ein Rastersondenmikroskop und rastert mit einer Messspitze die Oberfläche der zu untersuchenden Oberfläche Zeile für Zeile ab. Wenn die Messnadelspitze mit einem Radius im Nanometerbereich sich der Oberfläche annähert, erhöhen sich die atomaren Wechselwirkungskräfte (van-der-Waals-Kräfte) zwischen Nadel und Oberfläche um eine Größenordnung. Neutrale Atome im Bereich eines interatomaren Abstandes ziehen sich mit den so genannten Dispersions- oder van-der-Waals-Kräften an. Diese Kraft wird umso größer, je kleiner der Abstand zwischen der Spitze und Messobjekt ist. Die Auslenkung wird mit einem Laser gemessen und aus dem Signal ein Maß für die Topographie berechnet. Die Messungen mit dem Rasterkraftmikroskop können im Non-Contact-Mode oder im Contact-Mode erfolgen.
Kraftspektroskopie
Mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) können sogenannte Kraft-Abstandskurve (Force-Distance-Curve) aufgenommen werden. Dazu wird ein kalibrierter Cantilever auf die Probe abgesenkt, mit definierter Kraft aufgedrückt und wieder entfernt. Aus dieser Kurve lassen Größen wie die Oberflächenadhäsion und der Elastizität (E-Modul) des Materials mit sehr hoher Genauigkeit und Ortsauflösung bestimmen.
Leitfähigkeits- und Widerstandsmessungen (C-AFM)
Mit der leitfähigen Rasterkraftmikroskopie (C-AFM: conductive atomic force microscopy) oder stromabtastende Rasterkraftmikroskopie (CS-AFM: current sensing atomic force microscopy) wird die Topographie eines Materials und der elektrische Stromfluss am Kontaktpunkt der Spitze (Cantilever) gemessen. Durch die hohe Auflösung des Rasterkraftmikroskops ist es möglich topographische Stromkorrelationen zu bestimmen und somit die Oberflächenleitfähigkeit bzw. Oberflächenwiderstand ortsaufgelöst zu bestimmen.
Magnetkraftmikroskopie (MFM)
Die Magnetkraftmikroksopie (magnetic force microscopy) dient zur Untersuchung der lokalen Magnetfeldstärke an der Oberfläche. Dazu wird ein Cantilever verwendet, der eine ferromagnetische Beschichtung aufweist. Das Messignal wird nicht mehr nur durch mechanische Messnadelspitze, sondern durch die durch lokale Feldstärke wirkenden magnetischen Anziehungskräfte.