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Rasterkraftmikroskopie

AFM_01Prinzip des Verfahrens

Bei der Rasterkraftmikroskopie wird die Siliziumspitze eines Cantilevers entweder berührend unter Konstanthaltung der Andruckkraft oder berhrungslos mit einer konstanten Frequenz schwingend über die Probenoberfläche geführt. Dabei wird die vertikale Auslenkung und die Torsion des Cantilevers mit einem am Cantilever reflektierten und auf einen 4-Quadranten-Photodetektor treffenden Laserstrahl gemessen. Auf diese Weise kann z.B. eine farbkodierte, flächenhafte Darstellung der Topographie (Bild 1) oder eine dreidimensionale Darstellung der Probenoberflche (Bild oben bzw. rechts oben) im Mikrometerbereich realisiert werden. Durch eine anschließende Bearbeitung der so gewonnenen, digitalen Höheninformation können Oberflächenmerkmale wie Korngrenzen, Gleitlinien oder Risse hervorgehoben und die Rauheit ermittelt werden.

AFM_02

Pyramidenstruktur in Elektronenstrahllack 100x100 µm², Pyramidenabstand 10 µm


 

Ausstattung

Das uns zur Verfügung stehende Rasterkraftmikroskop ist mit Scannern unterschiedlicher Abtastbereiche (150x150 µm² und 2x2 µm²) ausgestattet. Die in jedem Abtastbereich aufgenommene Höhenverteilung kann mit einer Auflösung von maximal 500x500 Pixel als Bild gespeichert werden. Die obere Grenze des messbaren Höhenunterschieds liegt bei 8 bzw. 0,8 µm. Für beide Abtastbereiche sind Scanner für Messungen sowohl an Luft (bzw. im Vakuum) als auch in Flüssigkeiten vorhanden. Ein weiterer, mit einer magnetisierbaren Spitze versehener Scanner erlaubt die Untersuchung oberflächennaher magnetischer Strukturen.

 

Anwendungen

Bei den vorgestellten Anwendungsfällen handelt es sich um eine 3D-Struktur in einem Elektronenstrahllack (Bild links oben) und um die Oberfläche einer bis in den plastischen Bereich verformten Stahlprobe (links bzw. oben). Während Elektronenstrahllack gewöhnlich so belichtet wird, dass durchgehende Strukturen mit vertikalen Wänden entstehen, wurde hier ein Elektronenstrahl-Lithographie-Verfahren getestet, mit dem durch eine neuartige ortsabhängige Belichtung eine 3D-Struktur realisiert werden kann. Die Untersuchung der Oberflächentopographie plastisch verformter Werkstoffe trägt zu einem besseren Verständnis der auf Kristallebene während der Verformung ablaufenden Gleitprozesse und deren Lokalisierung in Gleitbändern bei.

AFM_04

Vergrößerter 3D-Ausschnitt des im linken Bild markierten Bereichs mit Gleitstufen


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Kontakt

Foto von Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Reiner Zielke

Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Reiner Zielke

Telefon: 0231 755-7303

Adresse:

Lehrstuhl für Werkstofftechnologie
Leonhard-Euler-Str. 2
44227 Dortmund
Deutschland

Raum 011