AFM

Prinzip

Eine Probe wird in der X-Y-Ebene mittels einer scharfen Spitze(AFM-Tip) gescannt. Dabei beeinflusst die Topologie die Auslenkung und Orientierung der Spitze. Diese wird von einem Feedback-Controller gleich gehalten. Die dazu notwendige Reglerausgangsgröße gibt die Topologie an der jeweiligen Position an.

Hauptkomponenten

• Cantilever als Kraft-Sensor
• Sensor-System um die Auslenkung zu messen
• Piezo-Aktuator für die Feinpositionierung
• Feedback Loop zum Gleichhalten der Cantilever Auslenkung
• Computer für die Signalaufzeichnung, Bildbearbeitung und Anzeige

Cantilever

Am Cantilever wirken verschiede Kräfte zwischen Spitze und der Probe. Dabei beeinflussen anziehende und abstoßende Kräfte die Auslenkung und den Kraftaufwand der Regelung. Dabei wirkt nicht nur die Cantilever Kraft (Kraft die durch den Piezoaktuator auf den Cantilever ausgeübt wird) sondern auch Elektrostatische Kräfte (Ladung der Probe), Van der Waals Kräfte (Dipolanziehung zwischen zwei geladenen Teilchen), Pauli-Prinzip (Quantenmechanisches Prinzip), Kapillarkräfte(Flüssigkeitsfilm zwischen Probe und Cantilever führt zu Anziehung) und Reibung (Zwischen Probe und Cantilever parallel zur Scanrichtung).

Kraftkurve

Spitze bewegt sich auf die Probe z. Es wirken keine Kräfte und deshalb wird keine Auslenkung gemessen. Durch anziehende Kräfte springt die Spitze in Position. Negative Auslenkung durch Van der Waals Kräfte und Elektrostatischen Kräfte. Die Regelung zieht den Cantilever nach und regelt die Kraft und die Auslenkung konstant. Dabei wird beachtet das diese nicht zu hoch ist um die Probe nicht zu beschädigen. Beim Verlassen der Pribe ist die Auslenkung wieder negativ, da der Cantilever von Van der Waals Kräften und Elektrostatischen Kräften und nun auch Kapillarkräften angezogen wird. Dieser Vorgang ist nichtlinear.