AFM Atomic-Force-Microscope K. Harnisch, R. Schenk

Transkript

1 AFM Atomic-Force-Microscope K. Harnisch, R. Schenk 1

2 Gliederung I. Einleitung I.Aufbau II.Messeinrichtung III.Cantilever IV.Spitzen I.Modi und deren Anwendung I.Contact-Modus II.Tapping-Modus III.Peak-Force-Tapping/ ScanAsyst IV.Weitere II.Fehleranfälligkeiten III.Vorstellung der Messergebnisse 2

3 Aufbau Systemgrundlage: Probenauflage und absenkbarer Kopf mit Cantilever + Spitze Lasermesseinrichtung zum Erfassen der Cantileverauslenkung während des Messens zusätzliches optisches Mikroskop zur besseren Übersicht und als Unterstützung beim Kalibrieren Messeinrichtung Live-Cam Cantilever + Spitze Bild 1: Dimension Icon Bild aus der Anleitung S.40 3

4 Aufbau- Messeinrichtung Max. Probengewicht: 454g (1lb) Messbereich von 1nm bis 92µm Max. Probengröße: 154mm x 185mm Fixierung der Probe durch Unterdruck Bild 2: Dimension Icon Bild aus der Anleitung S.129 4

5 Geometrie - Cantilever - Cantilever in 2 Formen erhältlich: Triangular / Rectangular - Materialien: - Silikon Nitride - mit Antimon dotiertes Silicium (n-dotierung) - teilweise Aluminiumbeschichtung für bessere Reflektion Triangular Bild 5, 6: Rectangular 5

6 Geometrie - Spitzen - Verschiedene Spitzen für verschiedene Genauigkeiten, Modi/ Anforderungen - Formen: Rotated (Symmetric), Standard (Steep), Visible Apex Visible Apex Standard/ Steep Rotated/ Symmetric Bild 7-10: 6

7 Contact- Mode Funktionsweise: geeignet für: bisherige Aufnahmen: AZ 80- E2 - Cantilever/ Spitze rastert Oberfläche der Probe ab - Bild entsteht durch Auslenkung der Spitze und entsprechender Reflexion des Laserstrahls auf der Oberseite der Spitze - ausschließlich geometrische Informationen zur Bildentstehung genutzt - metallische Proben - AZ 80- E2 - AZ 31- E1 (Magnesium- Proben) AZ 31- E1 7

8 Tapping- Mode Funktionsweise: geeignet für: bisherige Aufnahmen: - Nadel schwingt hochfrequent, rastert Probe weitestgehend berührungslos ab - misst die aufgrund der Adhäsionskräfte wirkenden Gegenkräfte zum Entfernen der Nadel - Bildgebung abhängig von chem. Struktur - weichere / empfindlichere Werkstoffe - Keramikkugeln/präkeramische Polymere BET1- BET(C) PI23, 1% Bild 13: Dimension Icon Bild aus der Anleitung S.243 SDS, 1% Laserstrahl 8

9 Vergleich abhängig vom Werkstoff meist nur sehr geringe Unterschiede bei bisherigen Messungen Contact Mode Tapping Mode 9

10 Peak-Force-Tapping Scan Asyst minimaler Kontakt um die Anziehung zu messen komplette Automatisierung optionale Einflussnahme des Benutzers 10

11 Weitere Modi Contact Mode/ Tapping Mode in Fluid z.b. Untersuchung von Korrosionsvorgängen Lateral Force Mode Aussagen über Oberfläche (Reibung erlaubt Rückschlüsse auf Materialzusammensetzung) Force Imaging Wechselwirkungen zwischen Cantilever und Probe, z.b. Magnetismus Magnetic Force Microscopy Beschichtung mit ferromagnetischem Material; Messung Anziehungskräfte Electric Force Microscopy Aussagen über Leitfähigkeit 11

12 Fehleranfälligkeit jegliche Art von Erschütterungen insbesondere beim Tapping-Mode laute Gespräche vorbeifahrende Autos Türen im Gebäude Staub auf Proben zu hohe Amplituden in der Auslenkung durch sehr unebene Proben Einstellung der Parameter der Messungen Einstellung des Lasers Erwärmung/ Ausdehnung des Cantilever durch dauerhafte Laserbestrahlung zu steile Anstiege und Absenkungen zu stark reflektierende Proben 12

13 Fehleranfälligkeit fehlerhaftes Signal durch zu hohen Ausschlag, bzw. falsch eingestellter Regler-Parameter 13

14 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Musterprobe 14

15 Vorstellung bisheriger Messergebnisse AZ80-E2 bearbeitet 15

16 Vorstellung bisheriger Messergebnisse AZ 80- E2 16

17 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Keramikproben 17

18 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Fehlerhafte Messung einer Oberfläche Messung mit Fehlerlinien/Ausschlägen 18

19 Vorstellung bisheriger Messergebnisse mögliche Tenside auf ungesinterten Keramikkugeln 19

20 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Aufnahme mit ScanAsyst in 2D Bild in 3D 20

21 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Tapping mit sensiblen Parametern 21

22 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Gegenüberstellung verschiedener Bilder gleichen Bereiches mit Messeinstellung 22

23 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Linienfehler Punktausschläge Fehlerhafte Messung 23

24 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Fehlerhafte Messung einer Oberfläche Messung mit Fehlerlinien/Ausschlägen 24

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 25

26 Geometrie Messeinrichtung - Photosensorik Messung der Cantileverauslenkung durch Laserreflektion Fotosensorik misst die Laserabweichung vom unausgelenkten Zustand Unterschiedliche Erfassung von Horizontal- (Torsion) und Vertikalauslenkung (Biegung) Bild 3: Bild 4: Dimension Icon Bild aus der Anleitung S.42 26

27 Geometrie - Spitzen Dimension Icon Bild aus der Anleitung S.40 27

28 Anwendung Programmoberfläche während des Messvorganges 28

29 Vorstellung bisheriger Messergebnisse Fehlerhafte Messung einer Oberfläche 29