[go: up one dir, main page]

DE102006011598A1 - Cantilever of a scanning probe microscope - Google Patents

Cantilever of a scanning probe microscope Download PDF

Info

Publication number
DE102006011598A1
DE102006011598A1 DE102006011598A DE102006011598A DE102006011598A1 DE 102006011598 A1 DE102006011598 A1 DE 102006011598A1 DE 102006011598 A DE102006011598 A DE 102006011598A DE 102006011598 A DE102006011598 A DE 102006011598A DE 102006011598 A1 DE102006011598 A1 DE 102006011598A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cantilever
piezoelectric body
electrical
detected
pair
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102006011598A
Other languages
German (de)
Inventor
Julian Dr. Chen
Alexander Dr. Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Hamburg
Original Assignee
Universitaet Hamburg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Hamburg filed Critical Universitaet Hamburg
Priority to DE102006011598A priority Critical patent/DE102006011598A1/en
Priority to PCT/EP2007/001946 priority patent/WO2007104452A1/en
Publication of DE102006011598A1 publication Critical patent/DE102006011598A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/38Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q20/00Monitoring the movement or position of the probe
    • G01Q20/04Self-detecting probes, i.e. wherein the probe itself generates a signal representative of its position, e.g. piezoelectric gauge
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/32AC mode

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Cantilever (15) eines Rastersondenmikroskops (10) mit einer Rasterspitze (16). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Rastersondenmikroskop (10), insbesondere Rasterkraftmikroskop (10), sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Rastersondenmikroskops (10), insbesondere Rasterkraftmikroskops (10), wobei mit einer auf einem Cantilever (15) angeordneten Rasterspitze (16) eine Probe (12) rasterförmig erfasst wird. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Cantilevers (15). Der Cantilever (15) zeichnet sich dadurch aus, dass der Cantilever (15) aus einem piezoelektrischen Körper (30) besteht und dass der piezoelektrische Körper (30) mit einem ersten Paar elektrischer Kontakte (26, 31, 32, 35, 36) und einem zweiten Paar elektrischer Kontakte (27, 32, 33, 37, 38) versehen ist, wobei der piezoelektrische Körper (30) über das erste Paar elektrischer Kontakte (26, 31, 32, 35, 36) eingangsseitig mit einer ersten elektrischen Größe beaufschlagt ist oder wird und wobei über das zweite Paar elektrischer Kontakte (27, 32, 33, 37, 38) eine charakteristische Eigenschaft des piezoelektrischen Körpers (22) ausgangsseitig mit Hilfe detektierter elektrischer Ströme erfasst ist oder wird.The invention relates to a cantilever (15) of a scanning probe microscope (10) with a scanning tip (16). The invention also relates to a scanning probe microscope (10), in particular an atomic force microscope (10), and a method for operating a scanning probe microscope (10), in particular an atomic force microscope (10), a sample being provided with a scanning tip (16) arranged on a cantilever (15) (12) is recorded in a grid. The invention further relates to the use of a cantilever (15). The cantilever (15) is characterized in that the cantilever (15) consists of a piezoelectric body (30) and that the piezoelectric body (30) with a first pair of electrical contacts (26, 31, 32, 35, 36) and a second pair of electrical contacts (27, 32, 33, 37, 38) is provided, the piezoelectric body (30) being supplied with a first electrical quantity on the input side via the first pair of electrical contacts (26, 31, 32, 35, 36) is or will be and with the second pair of electrical contacts (27, 32, 33, 37, 38) a characteristic property of the piezoelectric body (22) is detected on the output side with the aid of detected electrical currents.

Description

Die Erfindung betrifft einen Cantilever eines Rastersondenmikroskops mit einer Spitze. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Rastersondenmikroskop, insbesondere Rasterkraftmikroskop, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Rastersondenmikroskops, insbesondere Rasterkraftmikroskops, wobei mit einer auf einem Cantilever angeordneten Spitze eine Probe rasterförmig erfasst wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Cantilevers.The The invention relates to a cantilever of a scanning probe microscope with a tip. Furthermore the invention relates to a scanning probe microscope, in particular an atomic force microscope, and a method for operating a scanning probe microscope, in particular Atomic force microscopes, with one arranged on a cantilever Tip a sample grid-shaped is detected. Furthermore, the invention relates to a use of a Cantilever.

Mittels eines Rasterkraftmikroskops (engl. atomic force microscope, AFM) lassen sich Eigenschaften einer Probe, insbesondere Eigenschaften einer Probenoberfläche, im Subnanometerbereich abbilden. Dazu zählen beispielsweise mechanische Eigenschaften wie Oberflächenstruktur (Topographie), Elastizität, Reibung, Adhäsion etc. sowie elektrische Eigenschaften wie beispielsweise Ladungsverteilungen und magnetische Eigenschaften, beispielsweise magnetische Domänenstrukturen.through an Atomic Force Microscope (AFM) can be properties of a sample, in particular properties of a Sample surface, in the subnanometer area. These include, for example, mechanical properties like surface texture (Topography), elasticity, Friction, adhesion etc. as well as electrical properties such as charge distributions and magnetic properties, such as magnetic domain structures.

Die Rasterkraftmikroskopie verwendet einen Kraftsensor als Messsonde, mit dem die elektromagnetischen Kräfte zwischen einer Probe und der Messsonde detektiert werden. Die elektromagnetischen Kräfte liegen typischerweise zwischen 10–7 und 10–12 N.Atomic force microscopy uses a force sensor as a probe, which detects the electromagnetic forces between a sample and the probe. The electromagnetic forces are typically between 10 -7 and 10 -12 N.

Als Messsonde wird ein einseitig eingespannter bzw. fixierter Federbalken (engl. Cantilever) verwendet, an dessen freiem Ende sich eine Spitze befindet. Mit einer Messsonde werden Eigenschaften einer Probe bzw. Oberflächen von Objekten rasterförmig erfasst.When Measuring probe is a cantilevered or fixed spring beam (English Cantilever) used, at the free end of which is a tip. With a probe properties of a sample or surfaces of Objects grid-shaped detected.

Aufgrund der Wechselwirkung zwischen Probe und Spitze ändert sich eine charakteristische Eigenschaft des Cantilevers, die detektiert wird, und somit Erkenntnisse über Eigenschaften der Probe erlaubt.by virtue of the interaction between sample and tip changes a characteristic Property of the cantilever that is detected, and thus knowledge about properties the sample allowed.

Die elektromagnetischen Kräfte, die auf die Spitze wirken, verändern eine charakteristische Eigenschaft des Cantilevers. Diese Messgröße wird mittels einer geeigneten Vorrichtung detektiert. Um eine oder mehrere Eigenschaften einer Probe ortsaufgelöst (an verschiedenen XY-Koordinaten) abzubilden, wird die Messsonde mittels eines XY-Stellelements relativ zur Oberfläche einer Probe bewegt. Dabei wird die Messgröße in Abhängigkeit von der XY-Koordinate relativ zur Oberfläche erfasst.The electromagnetic forces, that affect the top, change a characteristic feature of the cantilever. This measurand is determined by a suitable device detected. To one or more properties a sample spatially resolved (at different XY coordinates), the measuring probe becomes by means of an XY actuator relative to the surface of a Sample moves. The measured variable becomes relative to the XY coordinate relative to the surface detected.

Des Weiteren ist es möglich, die Messgröße konstant zu halten, indem die Position der Messsonde relativ zur Oberfläche einer Probe entsprechend nachgeregelt wird. Dies geschieht mit Hilfe eines Regelkreises, der ein Z-Stellelement oder Stellglied entsprechend nachfährt. Außerdem kann an einem bestimmten Ort der Probe die Abstandsabhängigkeit der Messgröße erfasst werden, indem mittels eines Z-Stellelements der Abstand zwischen Oberfläche und Messsonde variiert wird.Of Furthermore, it is possible the measurand constant by holding the position of the probe relative to the surface of a Sample is readjusted accordingly. This is done with the help of a Control circuit corresponding to a Z-actuator or actuator retraces. Furthermore At a certain location of the sample, the distance dependence of the Measured variable recorded be by using a Z-actuator the distance between Surface and Measuring probe is varied.

Im statischen Modus der Rasterkraftmikroskopie ist die Verbiegung des Cantilevers die Messgröße, d.h. die sich verändernde charakteristische Eigenschaft des Cantilevers. Im dynamischen Modus oszilliert der Cantilever. Die Messgröße, d.h. die sich verändernde charakteristische Eigenschaft des Cantilevers, ist die Frequenz, Amplitude oder Phase der Cantileveroszillationen.in the static mode of atomic force microscopy is the bending of the Cantilever the measurand, i. the changing one characteristic feature of the cantilever. In dynamic mode oscillates the cantilever. The measurand, i. the changing one characteristic feature of the cantilever, is the frequency, Amplitude or phase of cantilever oscillations.

Je nach Art der Probe und der zu untersuchenden Probeneigenschaft werden geeignete Messsonden ausgewählt. Wichtigste Parameter sind Federkonstante und Resonanzfrequenz des Cantilevers. Sie hängen über das Elastizitätsmodul vom Material ab, aus dem der Cantilever gefertigt ist. Außerdem lässt sich der genaue Wert für Federkonstante und Resonanzfrequenz über die geometrischen Abmessungen einstellen. Typische Federkonstanten liegen im Bereich von 10–2 N/m bis 102 N/m, während typische Resonanzfrequenzen im Bereich von 10 kHz bis 500 kHz liegen.Depending on the type of sample and the sample property to be examined, suitable measuring probes are selected. The most important parameters are spring constant and resonance frequency of the cantilever. They depend on the modulus of elasticity of the material from which the cantilever is made. In addition, the exact value for spring constant and resonance frequency can be set via the geometric dimensions. Typical spring constants range from 10 -2 N / m to 10 2 N / m, while typical resonant frequencies are in the range of 10 kHz to 500 kHz.

Als Materialien für Messsonden sind oftmals Silizium, Siliziumnitrid und Metalle wie Wolfram, Eisen, Nickel und Platin-Iridium im Gebrauch. Messsonden aus Silizium und Siliziumnitrid haben entweder balken- oder V-förmige Cantilever und werden einschließlich der integrierten Spitze am freien Ende mit Verfahren aus der Mikroelektronik hergestellt. Metallische Messsonden werden aus einem Draht hergestellt, dessen eines Ende zu einer Spitze geätzt wird. Vor der Spitze wird der Draht umgebogen. Das andere Ende wird fest eingespannt.When Materials for Measuring probes are often silicon, silicon nitride and metals like Tungsten, iron, nickel and platinum-iridium in use. probes silicon and silicon nitride have either beam- or V-shaped cantilevers and be inclusive the integrated tip at the free end with microelectronic processes produced. Metallic probes are made of a wire, whose one end is etched to a peak. In front of the top will be the wire is bent over. The other end is firmly clamped.

Um einen Cantilever für den dynamischen Modus zu Schwingungen anzuregen, wird die Messsonde an einem externen Oszillator befestigt, der zum Schwingen gebracht wird und so den Cantilever in Schwingungen versetzt. Als externer Oszillator wird typischerweise ein piezoelektrisches Material verwendet und mit einer geeigneten elektrischen Wechselspannung beaufschlagt.Around a cantilever for to stimulate the dynamic mode to vibrate becomes the measuring probe attached to an external oscillator, which caused it to oscillate becomes and so the cantilever vibrated. As external Oscillator typically a piezoelectric material is used and acted upon by a suitable electrical AC voltage.

Um die Verbiegung des Cantilevers im statischen oder dynamischen Modus zu detektieren, stehen mehrere Verfahren zur Verfügung. Weit verbreitet ist die Lichtzeigermethode, die hier exemplarisch erläutert wird. Ein Lichtstrahl wird auf das freie Ende des Cantilevers fokussiert, von wo er in Richtung eines positionssensitiven Fotodetektors, eine zwei- oder viersegmentige Fotodiode, reflektiert wird. Der reflektierte Strahl und die positionssensitive Fotodiode werden so zueinander justiert, dass sich bei einer Verbiegung des Cantilevers die auf die einzelnen Segmente eingestrahlte Lichtintensität ändert. Die Intensitätsänderung ist somit ein Maß für die Verbiegung des Cantilevers.To detect the bending of the cantilever in static or dynamic mode, several methods are available. Widely used is the light pointer method, which is exemplified here. A beam of light is focused on the free end of the cantilever, from where it is reflected towards a position sensitive photodetector, a two- or four-segment photodiode. The reflected beam and the position-sensitive photodiode are adjusted to one another in such a way that, when the cantilever deflects, the light intensity irradiated onto the individual segments changes. In the The change in intensity is thus a measure of the bending of the cantilever.

Das XY- und Z-Stellelement ist üblicherweise aus einem piezoelektrischen Material gefertigt. Um die Messsonde relativ zur Oberfläche der Probe zu bewegen, wird der inverse piezoelektrische Effekt genutzt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung ändern sich die geometrischen Abmessungen des Materials, wodurch eine Bewegung erzeugt wird. Nach einer Kalibrierung des piezoelektrischen Stellelements kann die XYZ-Position der Messsonde relativ zur Oberfläche der Probe in wohl definierten Längeneinheiten angegeben werden. Die Ansteuerung des XYZ-Stellelements und die Datenaufnahme erfolgt mittels eines Computers.The XY and Z actuator is usually off made of a piezoelectric material. To the measuring probe relative to the surface To move the sample, the inverse piezoelectric effect is used. By applying an electrical voltage, the geometric change Dimensions of the material, creating a movement. To a calibration of the piezoelectric actuator, the XYZ position of the probe relative to the surface of the sample in well-defined length units be specified. The control of the XYZ actuator and the Data is recorded by means of a computer.

Der derzeitige Stand der Technik erfordert, dass die Verbiegung des Cantilevers mittels einer externen Vorrichtung – einem Auslenkungsdetektor – detektiert wird (bei der Lichtzeigermethode die positionssensitive Fotodiode), wodurch insbesondere eine Justage der Vorrichtung relativ zum Cantilever notwendig ist, wie am Beispiel der Lichtzeigermethode erläutert.Of the Current state of the art requires that the bending of the Cantilevers by means of an external device - a deflection detector - detected becomes the position-sensitive photodiode (in the light-pointer method), whereby in particular an adjustment of the device relative to the cantilever is necessary, as explained using the example of the light pointer method.

Des Weiteren ist es im dynamischen Modus notwendig, den Federbalken mittels eines externen Oszillators anzuregen.Of Furthermore, it is necessary in dynamic mode, the spring bar using an external oscillator.

Darüber hinaus ist beispielsweise aus DE 196 33 546 A1 eine Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten einer Oberfläche beschrieben.In addition, for example, off DE 196 33 546 A1 a device for non-contact scanning of a surface described.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch die Bereitstellung eines Cantilevers den Aufbau sowie den Betrieb eines Rasterkraftmikroskops zu vereinfachen.outgoing from this prior art, it is an object of the present invention by providing a cantilever the construction as well as the Operation of an atomic force microscope to simplify.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Cantilever eines Rastersondenmikroskops mit einer Spitze, der dadurch weitergebildet wird, dass der Cantilever aus einem piezoelektrischen Körper besteht und dass der piezoelektrische Körper mit einem ersten Paar elektrischer Kontakte und einem zweiten Paar elektrischer Kontakte versehen ist, wobei der piezoelektrische Körper über das erste Paar elektrischer Kontakte eingangsseitig mit einer ersten elektrischen Größe beaufschlagt ist oder wird und wobei über das zweite Paar elektrischer Kontakte eine charakteristische elektrische Größe des piezoelektrischen Körpers ausgangsseitig erfasst ist oder wird.Is solved this task by a cantilever of a scanning probe microscope with a tip that is further developed by the cantilever from a piezoelectric body exists and that the piezoelectric body with a first pair electrical contacts and a second pair of electrical contacts is provided, wherein the piezoelectric body via the first pair of electrical contacts On the input side is acted upon or becomes a first electrical variable and being over the second pair of electrical contacts have a characteristic electrical Size of the piezoelectric body is or is recorded on the output side.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass der Cantilever im Betrieb eines Rastersondenmikroskops bzw. der piezoelektrische Körper durch ein von außen an das erste Paar elektrischer Kontakte angelegtes elektrisches Wechselfeld, beispielsweise mittels einer Wechselspannung, zu Schwingungen angeregt wird. Dadurch wird der piezoelektrische Körper selbst zu einer elektrischen Stromquelle, die eine elektrische Rückwirkung auf die erregte bzw. erregende Schwingung des piezoelektrischen Körpers ausübt. Hierbei wird durch die eingangsseitige Beaufschlagung des piezoelektrischen Körpers beispielsweise mit einer Wechselspannung eine Art Selbstanregungseinrichtung ausgebildet. Durch die ausgangsseitig erfasste elektrische Größe wird eine Art Detektionseinrichtung ausgebildet.The Invention is based on the idea that the cantilever in operation a scanning probe microscope or the piezoelectric body by a from the outside electrical applied to the first pair of electrical contacts Alternating field, for example by means of an AC voltage to vibrations is stimulated. This will make the piezoelectric body itself to an electrical power source that has an electrical feedback on the excited or exciting vibration of the piezoelectric body exercises. This is due to the input-side loading of the piezoelectric body For example, with an AC voltage a kind of self-excitation device educated. By the output side detected electrical variable is a kind of detection device is formed.

Durch die (Selbst-)Anregungseinrichtung wird der piezoelektrische Körper bzw. der Cantilever im Betrieb oder im Einsatz in einem Rastersondenmikroskop in Kombination mit einer eingangsseitigen Wechselpannungsquelle einem elektrischen Feld ausgesetzt, so dass der piezoelektrische Körper eine Formänderung (reziproker piezoelektrischer Effekt) erfährt. Diese Formänderung des Körpers setzt sich als gedämpfte periodische Schwingung bei einmaliger Anregung fort. Zum elektrischen Anschluss weist der piezoelektrische Körper beispielsweise Metallelektroden auf, wodurch der piezoelektrische Körper zu Schwingungen angeregt wird.By the (self-) excitation device is the piezoelectric body or the cantilever in operation or in use in a scanning probe microscope in combination with an input-side AC voltage source exposed to an electric field, so that the piezoelectric body a change of shape (reciprocal piezoelectric effect) experiences. This shape change of the body sits down as a muted periodic oscillation with single excitation continues. To the electric Connection, the piezoelectric body, for example, metal electrodes on, causing the piezoelectric body to vibrate becomes.

Bei dem erfindungsgemäßen Cantilever werden weder ein externer Oszillator benötigt, um den Cantilever zu Schwingungen anzuregen, noch eine externe Vorrichtung (Auslenkungsdetektor), um die Verbiegung des Cantilever zu detektieren. Dadurch entfallen zeitraubende und schwierige Justagen am Rasterkraftmikroskop, die bisher nach jetzigem Stand der Technik von Fachkundigen bzw. Experten vor dem eigentlichen Beginn der Datenaufnahme durchgeführt werden müssen.at the cantilever according to the invention neither an external oscillator is needed to power the cantilever Stimulate vibrations, nor an external device (deflection detector), to detect the bending of the cantilever. This accounts time-consuming and difficult adjustments to the atomic force microscope, the so far according to the current state of the art of experts or experts before the actual beginning of the data acquisition have to.

Durch die Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Cantilevers wird ferner auch die Sensitivität und Genauigkeit von Messungen mittels der Rastersondenmikroskopie signifikant erhöht, wobei sich weiterhin ein simpler und robuster Aufbau eines Rastersondenmikroskops ergibt.By the provision of a cantilever according to the invention is further also the sensitivity and Accuracy of measurements by scanning probe microscopy significantly elevated, which continues to be a simple and robust construction of a scanning probe microscope results.

Der Cantilever zeichnet sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch aus, dass das erste Paar elektrischer Kontakte und das zweite Paar elektrischer Kontakte so angebracht sind, dass ein wechselseitiges Übersprechen elektrischer Signale (so genanntes Cross-Talking) nach Beaufschlagung des ersten Paars elektrischer Kontakte und/oder das zweite Paar elektrischer Kontakte mit einer elektrischen Größe verringert wird oder ist.Of the Cantilever is characterized according to a preferred embodiment characterized in that the first pair of electrical contacts and the second Pair of electrical contacts are mounted so that mutual crosstalk electrical signals (so-called cross-talk) after exposure of the first pair of electrical contacts and / or the second pair of electrical Contacts with an electrical size is reduced or is.

Um den Cantilever auf einem Substrat oder einem Träger anzuordnen, ist der piezoelektrische Körper vorteilhafterweise elektrisch isoliert ausgebildet. Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich dadurch, dass die Elektroden und der piezoelektrische Körper des Cantilevers so elektrisch von der Umwelt isoliert werden, dass er in Flüssigkeiten und reaktiven Gasen verwendet werden kann.In order to arrange the cantilever on a substrate or a carrier, the piezoelectric body is advantageously formed electrically insulated. Further embodiments of the method result from the fact that the electrodes and the piezoelectric body of the cantilever are so electrically isolated from the environment that he in liquid th and reactive gases can be used.

Insbesondere ist oder wird der piezoelektrische Körper durch die Beaufschlagung mit der ersten elektrischen Größe in Schwingungen versetzt. Vorteilhafterweise ist oder wird hierbei der piezoelektrische Körper in wenigstens eine Resonanzschwingung versetzt.Especially is the piezoelectric body by the application with the first electrical variable in vibration added. Advantageously, this is or is the piezoelectric body offset in at least one resonance oscillation.

Um den piezoelektrischen Körper zu Eigenschwingungen anzuregen, ist die erste elektrische Größe eine Wechselspannung. Eine entsprechende Wechselspannungsquelle ist dabei an den eingangsseitigen Kontakt angeschlossen, so dass der erfindungsgemäße piezoelektrische Körper in Kombination mit der Spannungsquelle als eine Art Selbstanregungseinrichtung betrieben wird.Around the piezoelectric body to stimulate self-oscillations, the first electrical variable is one AC voltage. A corresponding AC voltage source is included connected to the input side contact, so that the inventive piezoelectric body in combination with the voltage source as a kind of self-excitation device is operated.

Darüber hinaus ist in einer bevorzugten Ausführungsform des Cantilevers vorgesehen, dass weitere elektrische Kontakte am piezoelektrischen Körper angeordnet sind, so dass bei Anlegen einer weiteren elektrischen Größe, insbesondere Wechselspannung durch eine weitere Spannungsquelle, an diese weiteren elektrischen Kontakte wenigstens eine weitere zusätzliche bzw. vorbestimmte Oszillation des piezoelektrischen Körpers bewirkt wird.Furthermore is in a preferred embodiment of the cantilever provided that more electrical contacts on piezoelectric body are arranged so that when applying another electrical Size, in particular AC voltage by another voltage source, to these other electrical contacts at least one more additional or predetermined oscillation of the piezoelectric body causes becomes.

Überdies ist es bevorzugt, wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Körpers teilweise mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist. Hierdurch ist es möglich, den piezoelektrischen Körper über seine gesamte Breite zu kontaktieren. In einer Weiterbildung sind die elektrischen Kontakte als Beschichtungen ausgebildet.moreover it is preferred if the surface of the piezoelectric body partially with an electrically conductive Coating is provided. This makes it possible to use the piezoelectric Body over his to contact entire width. In a further education the are formed electrical contacts as coatings.

Dazu ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung aus Gold oder Silber besteht, die auf den piezoelektrischen Körper mittels entsprechender Methoden aufgebracht wird.To It is envisaged that the electrically conductive coating of gold or silver, which on the piezoelectric body by means of appropriate methods is applied.

Darüber hinaus zeichnet sich der Cantilever dadurch aus, dass bei Einsatz des Cantilevers in einem Rastersondenmikroskop, insbesondere Rasterkraftmikroskop, anhand der Wechselwirkung der Spitze bzw. der Messsonde mit einer Probe beispielsweise einer Oberfläche eines Objekts bei Beaufschlagung des piezoelektrischen Körpers mit einer eingangsseitigen Spannungsquelle mittels der erfassten zweiten elektrischen Größe eine charakteristische Eigenschaft des mittels der ersten elektrischen Größe zu Schwingungen angeregten piezoelektrischen Körpers erfasst wird.Furthermore the cantilever is characterized by the fact that when using the cantilever in a scanning probe microscope, in particular an atomic force microscope, Based on the interaction of the tip or the probe with a Sample, for example, a surface of an object when exposed of the piezoelectric body with an input-side voltage source by means of the detected second electrical size one characteristic property of the means of the first electrical variable to oscillations excited piezoelectric body is detected.

Bevorzugt werden dabei Frequenzänderungen, Amplitudenänderungen oder Phasenänderungen des piezoelektrischen Körpers erfasst, der mittels der ersten elektrischen Größe zu Schwingungen angeregt wird oder ist. Hierbei ist die Stärke der Frequenzänderungen, Amplitudenänderungen oder Phasenänderungen des piezoelektrischen Körpers ein Maß für die Stärke der Wechselwirkung zwischen der Oberfläche des Objekts und der Messsonde bzw. der Raster spitze. Die Änderungen der Frequenz, Amplituden oder der Phasen als sich verändernde charakteristische Eigenschaft des piezoelektrischen Körpers dienen hierbei als Messgröße eines mit einem erfindungsgemässen Cantilevers betriebenen Rasterkraftmikroskops.Prefers are doing frequency changes, amplitude changes or phase changes of the piezoelectric body detected, which excited by means of the first electrical variable to vibrate is or is. Here is the strength of the frequency changes, amplitude changes or phase changes of the piezoelectric body Measure of the strength of Interaction between the surface of the object and the probe or the grid peak. The changes frequency, amplitudes or phases as changing characteristic Property of the piezoelectric body serve as a measure of a with an inventive Cantilever powered atomic force microscope.

Überdies ist die mittels der zweiten elektrischen Größe erfasste charakteristische Eigenschaft des Cantilevers eine Frequenz-Amplituden-Änderung oder Phasenänderung.moreover is the characteristic detected by the second electrical quantity Property of cantilever a frequency amplitude change or phase change.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der piezoelektrische Körper quaderförmig ausgebildet, wodurch sich eine einfache Herstellung des Cantilevers ergibt. Hierbei wird der quaderförmige Köper des Cantilevers mit den entsprechenden Zwischenkontakten versehen bzw. eine entsprechende elektrisch leitfähige Beschichtung aufgebracht.In a preferred embodiment is the piezoelectric body cuboid formed, resulting in a simple production of the cantilever results. Here is the cuboid Twill of the Cantilever provided with the corresponding intermediate contacts or applied a corresponding electrically conductive coating.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist der piezoelektrische Körper V-förmig ausgebildet.According to one Alternative embodiment, the piezoelectric body is V-shaped.

Insbesondere besteht der piezoelektrische Körper aus Quarz.Especially consists of the piezoelectric body made of quartz.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass als zweite elektrische Größe der Strom, insbesondere Wechselstrom, ausgangsseitig erfasst wird oder ist.Furthermore it is envisaged that as a second electrical variable the current, in particular alternating current, the output side is detected or is.

Überdies ist es in einer Weiterbildung bevorzugt, dass die Spitze aus Wolfram, Platin-Iridium, Silizium, Quarz oder Siliziumnitrid besteht.moreover it is preferable in a development that the tip of tungsten, Platinum-iridium, silicon, quartz or silicon nitride exists.

Ferner wird die Aufgabe durch ein Rastersondenmikroskop, insbesondere Rasterkraftmikroskop, gelöst, das mit einem voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Cantilever ausgebildet ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen.Further the object is achieved by a scanning probe microscope, in particular an atomic force microscope, solved, that with a cantilever invention described above is trained. To avoid repetition is to the above versions expressly directed.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Rastersondenmikroskops, insbesondere Rasterkraftmikroskops, wobei mit einer auf einem Cantilever angeordneten Spitze eine Oberfläche eines Objekts oder eine zu untersuchende Probe rasterförmig erfasst wird, das dadurch weitergebildet wird, dass der aus einem piezoelektrischen Körper ausgebildete Cantilever mit einer ersten elektrischen Größe zu wenigstens einer Schwingung angeregt wird und anhand der erfassten zweiten elektrischen Größe des Cantilevers aufgrund einer Wechselwirkung der Spitze mit der Probe bzw. der Oberfläche des Objekts eine oder mehrere Eigenschaften der Probe erfasst oder ermittelt werden. Beispielsweise kann damit die Topologie oder die Struktur einer Probe oder Probenoberfläche untersucht werden.Furthermore, the object is achieved by a method for operating a scanning probe microscope, in particular atomic force microscope, wherein with a arranged on a cantilever tip a surface of an object or a sample to be examined is detected in a raster shape, which is further developed by the formed of a piezoelectric body cantilever is excited to at least one oscillation with a first electrical variable and based on the detected second electrical variable of the cantilever due to an interaction of the tip with the sample or the surface of the object one or more properties of the sample are detected or determined. For example, this may underlie the topology or structure of a sample or sample surface to be looked for.

Dazu ist es bevorzugt, wenn der Cantilever eingangsseitig mit einer Wechselspannung aus einer Wechselspannungsquelle als erste elektrische Größe beaufschlagt wird, wodurch der piezoelektrische Körper zu Schwingungen angeregt wird.To it is preferred if the cantilever input side with an AC voltage acted upon by an AC voltage source as the first electrical variable is, whereby the piezoelectric body excited to vibrate becomes.

Bevorzugterweise wird ausgangsseitig als zweite elektrische Größe der zeitliche Verlauf eines Stromes, insbesondere Wechselstromes, erfasst. Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn der piezoelektrische Körper des Cantilevers elektrisch isoliert ist, wodurch der Cantilever auf einem Träger oder dergleichen montiert werden kann und in Flüssigkeiten und reaktiven Gasen, d.h. in entsprechenden und vorbestimmten flüssigen oder gasförmigen Atmosphären, betrieben werden kann.preferably, on the output side, the second electric variable is the time course of a current, especially AC, detected. In addition, it is preferable when the piezoelectric body of the cantilever is electrically isolated, causing the cantilever on a carrier or the like, and in liquids and reactive gases, i.e. in appropriate and predetermined liquid or gaseous atmospheres operated can be.

Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich dadurch, dass das Rastersondenmikroskop mit einem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Cantilever betrieben wird.Further embodiments of the method result from the fact that the scanning probe microscope is operated with a cantilever according to the invention described above.

Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Cantilevers in einem Rastersondenmikroskop, insbesondere Rasterkraftmikroskop.In addition, will solved the task by use of a cantilever according to the invention in a scanning probe microscope, in particular atomic force microscope.

Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Cantilever verwiesen.to Avoidance of repetitions will be on the above statements to the cantilever according to the invention directed.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im Übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:The Invention will be described below without limiting the general inventive concept of exemplary embodiments with reference to the drawings described by way of example by the way in terms of the disclosure of all unspecified in the text details of the invention expressly is referenced. Show it:

1a schematisch eine Anordnung eines Rasterkraftmikroskops gemäß dem Stand der Technik, wobei das Rasterkraftmikroskop im dynamischen Modus mit Frequenzmodulation (FM-Technik) betrieben wird; 1a schematically an arrangement of an atomic force microscope according to the prior art, wherein the atomic force microscope in dynamic mode with frequency modulation (FM technique) is operated;

1b schematisch eine Anordnung eines Rasterkraftmikroskops gemäß dem Stand der Technik, wobei das Rasterkraftmikroskop im dynamischen Modus mit Amplitudenmodulation (AM-Technik) betrieben wird; 1b schematically an arrangement of an atomic force microscope according to the prior art, wherein the atomic force microscope in the dynamic mode with amplitude modulation (AM technology) is operated;

2a schematisch eine Anordnung eines Rasterkraftmikroskops mit einem erfindungsgemäßen Cantilever, wobei das Rasterkraftmikroskop im dynamischen Modus mit Frequenzmodulation (FM-Technik) betrieben wird; 2a schematically an arrangement of an atomic force microscope with a cantilever according to the invention, wherein the atomic force microscope in the dynamic mode with frequency modulation (FM technology) is operated;

2b schematisch eine Anordnung eines Rasterkraftmikroskops mit einem erfindungsgemäßen Cantilever, wobei das Rasterkraftmikroskop im dynamischen Modus mit Amplitudenmodulation (AM-Technik) betrieben wird; 2 B schematically an arrangement of an atomic force microscope with a cantilever according to the invention, wherein the atomic force microscope in the dynamic mode with amplitude modulation (AM technology) is operated;

3a, 3b jeweils ein Ausführungsbeispiel eines balkenförmigen erfindungsgemäßen Cantilevers in einer Draufsicht und einer Querschnittsdarstellung; 3a . 3b in each case an embodiment of a beam-shaped cantilever according to the invention in a plan view and a cross-sectional view;

3c ein Ausführungsbeispiel eines V-förmigen erfindungsgemäßen Cantilevers in einer Draufsicht auf die Vorder- und Rückseite und 3c an embodiment of a V-shaped cantilever according to the invention in a plan view of the front and back and

4 schematisch einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Cantilever. 4 schematically a cross section through a cantilever according to the invention.

In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.In The following figures are each the same or similar elements or corresponding parts provided with the same reference numerals, so that apart from a corresponding renewed idea becomes.

1a und 1b zeigen jeweils schematisch eine Anordnung eines Rasterkraftmikroskops 10 gemäß dem Stand der Technik. Das Rasterkraftmikroskop 10 verfügt über ein XYZ-Stellglied 11, mit dem eine Probe 12 relativ zu einer Messsonde 13 bewegt wird. Die Messsonde 13 ist auf einer Halterung 14 angebracht. Die Messsonde 13 besteht aus einem einseitig fixierten Federbalken 15 (engl. Cantilever), an dessen freien Ende sich eine Spitze 16 befindet. 1a and 1b each show schematically an arrangement of an atomic force microscope 10 according to the prior art. The atomic force microscope 10 has an XYZ actuator 11 with which a sample 12 relative to a probe 13 is moved. The measuring probe 13 is on a bracket 14 appropriate. The measuring probe 13 consists of a cantilevered spring bar 15 (English Cantilever), at the free end of a tip 16 located.

Eine Verbiegung des Cantilevers 15 wird mit einem Auslenkungsdetektor 17 erfasst. Im Falle des Lichtzeigerprinzips wird auf das freie Ende der Rückseite des Cantilevers 15, d.h. auf der der Rasterspitze abgewandten anderen Seite des Cantilevers 15, ein Laserstrahl derart fokussiert, dass der reflektierte Laserstrahl auf einen positionssensitiven Fotodetektor 17 (eine zwei- oder viersegmentige Fotodiode) trifft, mit der die Verbiegung des Cantilevers 15 detektiert werden kann. Der reflektierte Strahl und der positionssensitive Fotodetektor 17 werden so zueinander justiert, dass bei einer Verbiegung des Cantilevers 15 die auf die einzelnen Segmente eingestrahlte Lichtintensität sich ändert und somit ein Maß für die Verbiegung des Cantilevers 15 ist.A bending of the cantilever 15 comes with a displacement detector 17 detected. In the case of the light pointer principle is on the free end of the back of the cantilever 15 , ie on the other side of the cantilever facing away from the screen tip 15 , a laser beam focused such that the reflected laser beam onto a position sensitive photodetector 17 (a two- or four-segment photodiode) hits, with the bending of the cantilever 15 can be detected. The reflected beam and the position sensitive photodetector 17 are adjusted to each other so that at a bending of the cantilever 15 the incident on the individual segments light intensity changes and thus a measure of the bending of the cantilever 15 is.

Im statischen Modus der Rasterkraftmikroskopie ist die am positionssensitiven Fotodetektor 17 detektierte Verbiegung des Cantilevers 15 direkt die Messgröße (die sich verändernde charakteristische Eigenschaft des Cantilevers).In static mode atomic force microscopy is the most position sensitive photodetector 17 detected bending of the cantilever 15 directly the measurand (the changing characteristic property of the cantilever).

Im dynamischen Modus oszilliert der Cantilever 15. Dazu ist er auf einen externen Oszillator 18 befestigt, der zu Oszillationen angeregt wird und dadurch den Cantilever 15 zum Schwingen bringt. Der externe Oszillator 18 ist meist ein piezoelektrisches Material, das mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird. Aus dem am positionssensitiven Fotodetektor 17 detektierten oszillierenden Signal kann durch eine geeignete nachgeschaltete Detektionselektronik die Frequenz, Amplitude oder Phase der Cantileveroszillation bestimmt werden. Die Messgröße bzw. die sich verändernde charakteristische Eigenschaft des Cantilevers 15 kann somit entweder die Frequenz, Amplitude oder Phase der Cantileveroszillation sein.In dynamic mode, the cantilever oscillates 15 , He is on an external oscillator 18 attached, which is excited to oscillate and thereby the cantilever 15 makes you swing. The external oscillator 18 is usually a piezoelectric Material that is exposed to an AC voltage. From the position-sensitive photodetector 17 detected oscillating signal can be determined by a suitable downstream detection electronics, the frequency, amplitude or phase of Cantileveroszillation. The measured variable or the changing characteristic property of the cantilever 15 Thus, it may be either the frequency, amplitude or phase of the cantilever oscillation.

Je nachdem, welche Messgrösse verwendet werden soll, variiert die nachgeschaltete Detektionselektronik. Im folgenden wird die Frequenzmodulationstechnik (FM) und die Amplitudenmodulationstechnik (AM) beschrieben.ever according to which measurand is to be used, the downstream detection electronics varies. The following is the frequency modulation technique (FM) and the amplitude modulation technique (AM).

Gemäß dem Ausführungsbeispiel des Standes der Technik in 1a ist bei der Frequenzmodulationstechnik die Frequenzänderung des Cantilevers 15, hervorgerufen durch eine Wechselwirkung zwischen Messsonde und Probe, die Messgröße. Hierbei ist der Cantilever 15 das frequenzbestimmende Element eines Oszillatorkreises. Der Cantilever 15 oszilliert immer mit seiner Resonanzfrequenz.According to the embodiment of the prior art in 1a is the frequency change of the cantilever in the frequency modulation technique 15 , caused by an interaction between measuring probe and sample, the measured variable. Here is the cantilever 15 the frequency-determining element of an oscillator circuit. The cantilever 15 always oscillates with its resonant frequency.

Eine durch eine Wechselwirkung zwischen Spitze 16 und Probe 12 hervorgerufene Frequenzänderung des Cantilevers 15 führt durch positive Rückkopplung zu einer instanten Änderung der aktuellen Resonanzfrequenz. Die positive Rückkopplung wird dadurch erreicht, dass das am positionssensitiven Fotodetektor 17 detektierte oszillierende Signal mittels eines Amplitudenreglers 19 verstärkt und über einen Phasenschieber 20 auf den externen Oszillator 18 rückgekoppelt wird.One through an interaction between tip 16 and sample 12 caused frequency change of the cantilever 15 leads through positive feedback to an instantaneous change of the current resonance frequency. The positive feedback is achieved by the position sensitive photodetector 17 detected oscillating signal by means of an amplitude regulator 19 amplified and via a phase shifter 20 to the external oscillator 18 is fed back.

Der Phasenschieber 20 wird dabei so eingestellt, dass die positive Rückkopplung maximal wird. Der Amplitudenregler 19 kann auch so ausgeführt sein, dass eine automatische Verstärkungsregelung die Amplitude der Cantileveroszillation auf einen vorgegebenen Amplitudensollwert konstant hält, indem die Stärke der Anregung des externen Oszillators 18 entsprechend variiert wird. Die Frequenz des Cantilevers wird aus dem oszillierenden Signal am positionssensitiven Fotodetektor 17 mittels eines Frequenzdemodulators 21, beispielsweise mit einer phasengekoppelten Schleife (engl. Phase Locked Loop, PLL) erfasst.The phase shifter 20 is set so that the positive feedback becomes maximum. The amplitude controller 19 may also be such that an automatic gain control keeps the amplitude of the cantilever oscillation constant to a predetermined desired amplitude value by adjusting the magnitude of the excitation of the external oscillator 18 is varied accordingly. The frequency of the cantilever is obtained from the oscillating signal at the position sensitive photodetector 17 by means of a frequency demodulator 21 , for example, with a phase-locked loop (PLL) recorded.

Um eine oder mehrere Eigenschaften einer Probe ortsaufgelöst (an verschiedenen XY-Koordinaten) abzubilden, wird die Messsonde mittels des Stellelements 11 relativ zur Oberfläche einer Probe bewegt. Dabei wird die Frequenz des Cantilevers 15 (die Messgröße) in Abhängigkeit von der XY-Koordinate des Stellelements 11 relativ zur Oberfläche erfasst.In order to map one or more properties of a sample spatially resolved (at different XY coordinates), the measuring probe is detected by means of the actuating element 11 moved relative to the surface of a sample. This is the frequency of the cantilever 15 (the measurand) as a function of the XY coordinate of the actuator 11 detected relative to the surface.

Des Weiteren ist es möglich, die Frequenz des Cantilevers 15 konstant zu halten, indem die Position der Probe relativ zur Messsonde mit Hilfe des Z-Stellelements 11 entsprechend nachgeregelt wird. Dies geschieht mit Hilfe eines Z-Reglers 22, der das Z-Stellelement 11 entsprechend nachfährt. Außerdem kann an einem bestimmten Ort der Probe 12 die Abstandsabhängigkeit der Frequenz des Cantilevers 15 erfasst werden, in dem mittels eines Z-Stellelements 11 der Abstand zwischen Probe und Messsonde variiert wird.Furthermore, it is possible the frequency of the cantilever 15 keep constant by adjusting the position of the sample relative to the probe by means of the Z actuator 11 is readjusted accordingly. This is done with the help of a Z-controller 22 , which is the Z-actuator 11 nachfährt accordingly. Also, at a certain location of the sample 12 the distance dependence of the frequency of the cantilever 15 be detected, in which by means of a Z-actuator 11 the distance between sample and probe is varied.

Gemäß dem in 1b gezeigten Ausführungsbeispiel des Standes der Technik mit Amplitudenmodulation wird der Cantilever 15 mit einer festen Frequenz aus einem Frequenzgenerator 23 nahe der Resonanzfrequenz angeregt, indem der externe Oszillator 18 mit eine entsprechende Frequenz zu Schwingungen angeregt wird. Die Amplitude der Oszillation wird mit einem Amplitudenregler 19 eingestellt.According to the in 1b The embodiment of the prior art with amplitude modulation shown becomes the cantilever 15 with a fixed frequency from a frequency generator 23 near the resonant frequency excited by the external oscillator 18 is excited to vibrate with a corresponding frequency. The amplitude of the oscillation is controlled by an amplitude regulator 19 set.

Eine Wechselwirkung zwischen Spitze 16 und Probe 12 verändert die Resonanzfrequenz des Cantilevers 13 und damit die Amplitude der Oszillation, da die anregende Frequenz, mit der der externe Oszillator 18 getrieben wird, unverändert bleibt. Die Amplitude der Cantileveroszillation ist die Messgröße, die mit einem Amplitudendetektor 24 erfasst wird. Gleichzeitig ändert sich auch die Phase zwischen der am externen Oszillator angelegten Frequenz und der Frequenz des Cantilevers. Sie kann mit einem Phasendetektor 25 erfasst werden. Alternativ kann deshalb auch diese Phase als Messgröße dienen.An interaction between tip 16 and sample 12 changes the resonance frequency of the cantilever 13 and hence the amplitude of the oscillation, given the exciting frequency with which the external oscillator 18 is driven, remains unchanged. The amplitude of the cantilever oscillation is the measured variable, which with an amplitude detector 24 is detected. At the same time, the phase between the frequency applied to the external oscillator and the frequency of the cantilever also changes. It can work with a phase detector 25 be recorded. Alternatively, therefore, this phase can serve as a measure.

Um eine oder mehrere Eigenschaften einer Probe ortsaufgelöst (an verschiedenen XY-Koordinaten) abzubilden, wird die Messsonde 13 mittels des Stellelements 11 relativ zur Oberfläche einer Probe 12 bewegt. Dabei wird die Amplitude und/oder Phase des Cantilevers 15 in Abhängigkeit von der XY-Koordinate des Stellelements 11 relativ zur Oberfläche erfasst.To map one or more properties of a sample spatially resolved (at different XY coordinates), the measuring probe becomes 13 by means of the actuating element 11 relative to the surface of a sample 12 emotional. In this case, the amplitude and / or phase of the cantilever 15 depending on the XY coordinate of the actuator 11 detected relative to the surface.

Des Weiteren ist es möglich, die Amplitude oder Phase des Cantilevers 15 konstant zu halten, in dem die Position der Probe relativ zur Messsonde 13 mit Hilfe des Z-Stellelements 11 entsprechend nachgeregelt wird. Dies geschieht mit Hilfe eines Z-Reglers 22, der das Z-Stellelement 11 entsprechend nachfährt. Außerdem kann an einem bestimmten Ort der Probe 12 die Abstandsabhängigkeit der Amplitude und/oder Phase des Cantilevers 15 erfasst werden, in dem mittels eines Z-Stellelements 11 der Abstand zwischen Probe 12 und Messsonde 13 variiert wird.Furthermore, it is possible to determine the amplitude or phase of the cantilever 15 keep constant, in which the position of the sample relative to the probe 13 with the help of the Z-actuator 11 is readjusted accordingly. This is done with the help of a Z-controller 22 , which is the Z-actuator 11 nachfährt accordingly. Also, at a certain location of the sample 12 the distance dependence of the amplitude and / or phase of the cantilever 15 be detected, in which by means of a Z-actuator 11 the distance between sample 12 and measuring probe 13 is varied.

In den 2a und 2b sind jeweils schematisch der Aufbau eines Rasterkraftmikroskops 10 mit einem erfindungsgemäßen Cantilever 15 dargestellt.In the 2a and 2 B are each schematically the structure of an atomic force microscope 10 with a cantilever according to the invention 15 Darge provides.

Das Rasterkraftmikroskop 10 verfügt über eine Messsonde 13 mit einem selbstdetektierenden und selbstangeregten Cantilever 15. Der erfindungsgemäße Cantilever 15 besteht aus einem piezoelektrischen Körper und verfügt über zwei Elektrodenpaare 26, 27. Die Selbstanregung des Cantilever erfolgt über das erste Elektrodenpaar 26 und Selbstdetektion über das zweite Elektrodenpaar 27. Dabei ersetzt das erste Elektrodenpaar für die Selbstanregung den externen Oszillator 18 und das zweite Elektrodenpaar für die Selbstdetektion den Auslenkungsdetektor 17.The atomic force microscope 10 has a measuring probe 13 with a self-detecting and self-excited cantilever 15 , The cantilever according to the invention 15 consists of a piezoelectric body and has two pairs of electrodes 26 . 27 , The self-excitation of the cantilever occurs via the first pair of electrodes 26 and self-detection via the second pair of electrodes 27 , The first electrode pair for self-excitation replaces the external oscillator 18 and the second electrode pair for self-detection the deflection detector 17 ,

Geeignete Anordnungen der beiden Elektrodenpaare zum erfindungsgemäßen Einsatz des Cantilevers 15 sind in den 3a, 3b und 4 dargestellt. Der Betrieb eines Rasterkraftmikroskops 10 erfolgt ansonsten entsprechend dem oben zu 1a und 1b beschriebenen Stand der Technik.Suitable arrangements of the two electrode pairs for the inventive use of the cantilever 15 are in the 3a . 3b and 4 shown. The operation of an atomic force microscope 10 otherwise takes place according to the above 1a and 1b described prior art.

Insbesondere können XYZ-Stellelement 11, Z-Regler 22, Frequenzdemodulator 21, Amplitudenregler 19, Phasenschieber 20, Frequenzgenerator 23, Amplitudendetektor 24 und Phasendetektor 25 analog zum Betrieb des Rasterkraftmikroskops eingesetzt werden.In particular, XYZ actuator can 11 , Z-controller 22 , Frequency demodulator 21 , Amplitude controller 19 , Phase shifter 20 , Frequency generator 23 , Amplitude detector 24 and phase detector 25 be used analogously to the operation of the atomic force microscope.

In den 3a, 3b sind jeweils im oberen Bereich Draufsichten auf einen selbstdetektierenden und selbstangeregten Cantilever 15 dargestellt. In der unteren Darstellung der Figuren ist ein Querschnitt durch die entsprechend oben dargestellten Cantilever 15 dargestellt.In the 3a . 3b are each in the upper area plan views of a self-detecting and self-excited cantilever 15 shown. In the lower illustration of the figures is a cross section through the cantilever shown above 15 shown.

Als Basiskörper eines Cantilevers 20 wird ein piezoelektrischer Körper 30 in Form eines quaderförmigen Quarzes bzw. Schwingquarzes mit mehreren Kontakten auf seiner Außenseite versehen. Auf der Ober- und Unterseite werden als Massekontakte Beschichtungen 31 aus Gold oder Silber aufgebracht. Darüber hinaus sind auf den Seitenflanken über die gesamte Breite ebenfalls Kontaktbeschichtungen 32, 33 aufgebracht, wobei die Kontaktbeschichtung 32 bei Einsatz des Cantilevers 15 in einem Rasterkraftmikroskop mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird, so dass die über die Kontakte 31, 32 angelegte Wechselspannung den piezoelektrischen Körper 30 in Schwingungen versetzt.As the base body of a cantilever 20 becomes a piezoelectric body 30 provided in the form of a cuboid quartz or quartz quartz with multiple contacts on its outside. On the top and bottom are coatings as ground contacts 31 made of gold or silver. In addition, contact coatings are also on the side edges over the entire width 32 . 33 applied, wherein the contact coating 32 when using the cantilever 15 In an atomic force microscope with an AC voltage is applied, so that via the contacts 31 . 32 applied AC voltage the piezoelectric body 30 vibrated.

Die Kontakte 31 und 32 bilden im Ausführungsbeispiel in 3a das erste Paar elektrischer Kontakte bzw. das erste Elektrodenpaar (vgl. 2, Bezugszeichen 26). Die Kontakte 31 und 33 bilden das zweite Paar elektrischer Kontakte bzw. das zweite Elektrodenpaar (vgl. 2, Bezugzeichen 27).The contacts 31 and 32 form in the embodiment in 3a the first pair of electrical contacts or the first electrode pair (see. 2 , Reference number 26 ). The contacts 31 and 33 form the second pair of electrical contacts or the second electrode pair (see. 2 , Reference 27 ).

Aufgrund der Wechselwirkung der Spitze (vgl. 2, Bezugszeichen 16) mit der zu untersuchenden Probe (vgl. 2, Bezugszeichen 12) werden eine oder mehrere charakteristische Eigenschaften des Cantilevers 15 verändert. Das kann zum Beispiel die Frequenz, Amplitude oder Phase des Cantilevers 15 sein. Die aufgrund der Wechselwirkung bewirkte Änderung einer charakteristischen Eigenschaft des piezoelektrischen Körpers 30 wird über die Kontakte 31 und 33 ausgangsseitig als Wechselstrom erfasst, die sich durch eine geänderte Frequenz, Amplitude oder Phase auszeichnet.Due to the interaction of the tip (see. 2 , Reference number 16 ) with the sample to be examined (cf. 2 , Reference number 12 ) become one or more characteristic features of the cantilever 15 changed. This can be, for example, the frequency, amplitude or phase of the cantilever 15 be. The change caused by the interaction of a characteristic property of the piezoelectric body 30 is about the contacts 31 and 33 on the output side detected as alternating current, which is characterized by a changed frequency, amplitude or phase.

Dadurch, dass durch die Beaufschlagung mit einer elektrischen Größe, insbesondere Wechselspannung, des piezoelektrischen Körpers 30 eine Schwingung des Körpers 30 erreicht wird, wird der piezoelektrische Körper 30 selbst angeregt. Infolge der Wechselwirkung der Spitze 16 mit der Probe 12 erfährt der erfindungsgemäße Cantilever 15 als selbstschwingender Oszillator in Form des piezoelektrischen Körpers 30 eine Frequenzänderung, Amlitudenänderung oder Phasenänderung.Characterized in that by the application of an electrical variable, in particular AC voltage, the piezoelectric body 30 a vibration of the body 30 is reached, the piezoelectric body 30 self-stimulated. As a result of interaction of the top 16 with the sample 12 learns the cantilever invention 15 as a self-oscillating oscillator in the form of the piezoelectric body 30 a frequency change, amplitude change or phase change.

Aufgrund des piezoelektrischen Effekts werden Ladungsverschiebungen im Körper 30 erzeugt, so dass die aufgrund der Schwingung erzeugten elektrischen Ströme erfasst werden können. Die erfassten elektrischen Ströme sind damit ein Kennzeichen für die Schwingung des piezoelektrischen Körpers 30. Somit können Änderungen einer oder mehrerer charakteristischer Eigenschaften des piezoelektrischen Körpers 30 mit Hilfe der detektierten elektrischen Ströme erfasst werden.Due to the piezoelectric effect charge shifts in the body 30 generated so that the electric currents generated due to the vibration can be detected. The detected electrical currents are thus a characteristic of the vibration of the piezoelectric body 30 , Thus, changes in one or more characteristic properties of the piezoelectric body 30 be detected by the detected electric currents.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und den erfindungsgemäßen Betrieb eines aus einem piezoelektrischen Körper 30 bestehenden Cantilevers 15 mit entsprechenden Elektroden wird eine we sentlich einfachere Handhabung eines Rasterkraftmikroskops möglich. Wird der piezoelektrische Körper 30 beispielsweise aus Quarz gefertigt, steht ein günstiges und wohlbekanntes Material zur Verfügung, das als Oszillator, beispielsweise in Uhren, weit verbreitet ist. Insbesondere sind Methoden zur Herstellung von Quarzkörpern und zur Aufbringung elektrischer Kontakte im Submillimeterbereich bereits bekannt, die zur Produktion geeigneter Cantilevergeometrien notwendig sind. Durch eine Optimierung der Cantilevergeometrie lässt sich auch eine signifikante Verbesserung der Sensitivität und der Genauigkeit der Erfassung von Probeneigenschaften mit einem Rastersondenmikroskop erreichen.By the arrangement according to the invention and the operation according to the invention of a piezoelectric body 30 existing cantilever 15 with corresponding electrodes we considerably simpler handling of an atomic force microscope is possible. Becomes the piezoelectric body 30 For example, made of quartz, is a cheap and well-known material available, which is widely used as an oscillator, for example in watches. In particular, methods for the production of quartz bodies and for the application of electrical contacts in the submillimeter range are already known, which are necessary for the production of suitable cantilever geometries. By optimizing the cantilever geometry, it is also possible to achieve a significant improvement in the sensitivity and the accuracy of the detection of sample properties with a scanning probe microscope.

Im Ausführungsbeispiel in 3b sind zusätzlich weitere Kontakte 34 auf der Oberseite und der Unterseite vorgesehen, so dass eine zusätzliche Oszillation auf den piezoelektrischen Körper 30 ausgeübt werden kann.In the embodiment in 3b are additional contacts 34 provided on the top and bottom, allowing an additional oscillation on the piezoelectric body 30 can be exercised.

Die über die ausgangsseitige Kontaktbeschichtung 33 erfasste Stromgröße wird anschließend auf einen Vorverstärker in der Nähe des Cantilevers 15 gegeben, so dass nach Verstärkung des Stromsignals das Signal auf einen weiteren entfernten Verstärker gegeben wird.The via the output side contact coating 33 recorded current is then connected on a preamplifier near the cantilever 15 given so that after amplification of the current signal, the signal is applied to another remote amplifier.

In 3c ist eine V-förmige Ausgestaltung des Cantilevers 15 dargestellt. Die linke Seite von 3c zeigt die Vorderseite und die rechte Seite von 3c die Rückseite des Cantilevers 15. An der sich verengenden Spitze des V-förmigen Cantilevers 15 ist auf einer Spitze angeordnet.In 3c is a V-shaped design of the cantilever 15 shown. The left side of 3c shows the front and the right side of 3c the back of the cantilever 15 , At the narrowing point of the V-shaped cantilever 15 is arranged on a top.

Die Kontakte 31 und 32 bilden im Ausführungsbeispiel in 3b das erste Paar elektrischer Kontakte bzw. das erste Elektrodenpaar (vgl. 2, Bezugszeichen 26). Die Kontakte 31 und 33 bilden das zweite Paar elektrischer Kontakte bzw. das zweite Elektrodenpaar (vgl. 2, Bezugzeichen 27).The contacts 31 and 32 form in the embodiment in 3b the first pair of electrical contacts or the first electrode pair (see. 2 , Reference number 26 ). The contacts 31 and 33 form the second pair of electrical contacts or the second electrode pair (see. 2 , Reference 27 ).

In 4 ist beispielhaft die Anordnung von Elektroden an einem piezoelektrischen Körper 30 dargestellt, um die Anregung der Schwingung des Körpers 30 und die Detektion der Schwingungen des piezoelektrischen Körpers 30 schematisch und beispielhaft zu erläutern.In 4 is an example of the arrangement of electrodes on a piezoelectric body 30 shown to stimulate the vibration of the body 30 and the detection of the vibrations of the piezoelectric body 30 to explain schematically and by way of example.

Hierbei sind auf der linken Seite in der Querschnittsdarstellung auf der Ober- und Unterseite des Körpers 30 Elektroden 35, 36 angeordnet, die mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, so dass der piezoelektrische Körper 30 in Schwingungen versetzt wird. Das obere Paar der Elektroden erzeugt ein Feld in –x-Richtung, so dass eine Kontraktion des Quarzkörpers in x-Richtung erzeugt wird. Das untere Paar der Elektroden erzeugt ein Feld in +x-Richtung, wodurch eine Ausdehnung in die x-Richtung erzeugt wird.These are on the left in the cross-sectional view on the top and bottom of the body 30 electrodes 35 . 36 arranged, which are acted upon by an AC voltage, so that the piezoelectric body 30 is set in vibration. The upper pair of electrodes generates a field in the -x direction, so that a contraction of the quartz body in the x-direction is generated. The bottom pair of electrodes creates a field in the + x direction, creating an expansion in the x direction.

Als Nettoergebnis wird ein Drehmoment im piezoelektrischen Körper 30 erzeugt, wodurch der Cantilever 15 bzw. der piezoelektrische Körper 30 dazu neigt, sich aufwärts zu biegen, wenn eine Ende des piezoelektrischen Körpers fixiert ist.The net result is a torque in the piezoelectric body 30 generated, causing the cantilever 15 or the piezoelectric body 30 tends to bend upward when one end of the piezoelectric body is fixed.

Aufgrund der Spannung bzw. der Schwingungen in dem piezoelektrischen Körper 30 werden Ladungen infolge des piezoelektrischen Effekts erzeugt. Durch die Schwingungen bzw. Ladungsverschiebungen wird im Ergebnis ein Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz, Amplitude und Phase an den ausgangsseitigen Messelektroden bzw. Kontakten 37, 38 ermittelt.Due to the stress or vibration in the piezoelectric body 30 Charges are generated due to the piezoelectric effect. The oscillations or charge displacements result in an alternating current of a predetermined frequency, amplitude and phase at the output-side measuring electrodes or contacts 37 . 38 determined.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind die antreibenden Elektroden 35, 36 am piezoelektrischen Körper 30 so angeordnet, dass das Drehmoment hoch ist oder die Krümmung des Körpers 30 hoch ist.According to a preferred embodiment, the driving electrodes are 35 . 36 at the piezoelectric body 30 arranged so that the torque is high or the curvature of the body 30 is high.

1010
RasterkraftmikroskopAtomic Force Microscope
1111
XYZ-StellelementXYZ actuator
1212
Probesample
1313
Messsondeprobe
1414
Halterungbracket
1515
Cantilevercantilever
1616
Spitzetop
1717
Auslenkungsdetektordisplacement detector
1818
externer Oszillatorexternal oscillator
1919
Amplitudenregleramplitude controller
2020
Phasenschieberphase shifter
2121
Frequenzdemodulatorfrequency demodulator
2222
Z-ReglerZ-controller
2323
Frequenzgenerator Beschichtung (Masse)frequency generator Coating (mass)
2424
Amplitudendetektor Kontaktbeschichtung (eingangsseitig)amplitude detector Contact coating (input side)
2525
Phasendetektor Kontaktbeschichtung (ausgangsseitig)phase detector Contact coating (output side)
2626
erstes Paar elektrischer Kontakte (eingangsseitig)first Pair of electrical contacts (input side)
2727
zweites Paar elektrischer Kontakte (ausgangsseitig)second Pair of electrical contacts (output side)
3030
piezoelektrischer Körperpiezoelectric body
3131
KontaktContact
3232
KontaktContact
3333
KontaktContact
3434
KontaktContact
3535
KontaktContact
3636
KontaktContact
3737
KontaktContact
3838
KontaktContact

Claims (23)

Cantilever (15) eines Rastersondenmikroskops (10) mit einer Spitze (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Cantilever (15) aus einem piezoelektrischen Körper (30) besteht und dass der piezoelektrische Körper (30) mit einem ersten Paar elektrischer Kontakte (26, 31, 32, 35, 36) und einem zweiten Paar elektrischer Kontakte (27, 31, 33, 37, 38) versehen ist, wobei der piezoelektrische Körper (30) über das erste Paar elektrischer Kontakte (26, 31, 32, 35, 36) eingangsseitig mit einer ersten elektrischen Größe beaufschlagt ist oder wird und wobei über das zweite Paar elektrischer Kontakte (27, 31, 33, 37, 38) eine charakteristische Eigenschaft des piezoelektrischen Körpers (30) ausgangsseitig über eine elektrische Größe erfasst ist oder wird.Cantilever ( 15 ) of a scanning probe microscope ( 10 ) with a tip ( 16 ), characterized in that the cantilever ( 15 ) from a piezoelectric body ( 30 ) and that the piezoelectric body ( 30 ) with a first pair of electrical contacts ( 26 . 31 . 32 . 35 . 36 ) and a second pair of electrical contacts ( 27 . 31 . 33 . 37 . 38 ), wherein the piezoelectric body ( 30 ) via the first pair of electrical contacts ( 26 . 31 . 32 . 35 . 36 ) is or is acted on the input side with a first electrical variable and wherein via the second pair of electrical contacts ( 27 . 31 . 33 . 37 . 38 ) a characteristic property of the piezoelectric body ( 30 ) is detected on the output side via an electrical variable or is. Cantilever (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Paar elektrischer Kontakte (26, 31, 32, 35, 36) und das zweite Paar elektrischer Kontakte (27, 31, 33, 37, 38) so angebracht sind, dass ein wechselseitiges Übersprechen elektrischer Signale nach Beaufschlagung des ersten Paars elektrischer Kontakte (26, 31, 32, 35, 36) und/oder des zweiten Paars elektrischer Kontakte (27, 31, 33, 37, 38) mit einer elektrischen Größe verringert wird oder ist.Cantilever ( 15 ) according to claim 1, characterized in that the first pair of electrical contacts ( 26 . 31 . 32 . 35 . 36 ) and the second pair of electrical contacts ( 27 . 31 . 33 . 37 . 38 ) are mounted so that a mutual crosstalk of electrical signals after application of the first pair of electrical contacts ( 26 . 31 . 32 . 35 . 36 ) and / or the second pair of electrical contacts ( 27 . 31 . 33 . 37 . 38 ) is reduced or is an electrical quantity. Cantilever (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper (30) elektrisch isoliert ist.Cantilever ( 15 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the piezoelectric body ( 30 ) is electrically isolated. Cantilever (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper (30) durch die Beaufschlagung mit der ersten elektrischen Größe in Schwingungen versetzt wird oder ist.Cantilever ( 15 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the piezoelectric body ( 30 ) is or is vibrated by the application of the first electrical quantity. Cantilever (15) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper (30) in wenigstens eine Resonanzschwingung versetzt ist oder wird.Cantilever ( 15 ) according to claim 4, characterized in that the piezoelectric body ( 30 ) is or will be offset in at least one resonant oscillation. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Größe eine Wechselspannung ist.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first electrical variable is an AC voltage. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass weitere elektrische Kontakte (34) am piezoelektrischen Körper (30) angeordnet sind, so dass bei Anlegen einer weiteren elektrischen Größe, insbesondere Wechselspannung, an diese weiteren elektrischen Kontakte (34) eine zusätzliche Oszillation des piezoelektrischen Körpers (30) bewirkt wird.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that further electrical contacts ( 34 ) on the piezoelectric body ( 30 ) are arranged, so that upon application of a further electrical variable, in particular AC voltage, to these other electrical contacts ( 34 ) an additional oscillation of the piezoelectric body ( 30 ) is effected. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des piezoelektrischen Kör pers (30) teilweise mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung (26, 27, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) versehen ist.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the surface of the piezoelectric Kör pers ( 30 ) partially with an electrically conductive coating ( 26 . 27 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 . 37 . 38 ) is provided. Cantilever (15) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung (26, 27, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) aus Gold oder Silber besteht.Cantilever ( 15 ) according to claim 8, characterized in that the electrically conductive coating ( 26 . 27 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 . 37 . 38 ) consists of gold or silver. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz des Cantilevers (15) in einem Rastersondenmikroskop (10) anhand der Wechselwirkung der Spitze (16) mit einer Probe (12) mittels der erfassten zweiten elektrischen Größe eine charakteristische Eigenschaft des mittels der ersten elektrischen Größe zu Schwingungen angeregten piezoelektrischen Körpers (30) erfasst wird.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that when using the cantilever ( 15 ) in a scanning probe microscope ( 10 ) based on the interaction of the tip ( 16 ) with a sample ( 12 ) by means of the detected second electrical quantity a characteristic property of the excited by means of the first electrical variable to vibrate piezoelectric body ( 30 ) is detected. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der zweiten elektrischen Größe erfasste charakteristische Eigenschaft des Cantilevers (15) eine Frequenz-Amplituden-Änderung oder Phasenänderung ist.Cantilever ( 15 ) according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the characteristic property of the cantilever detected by the second electrical quantity ( 15 ) is a frequency amplitude change or phase change. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper (30) quaderförmig ausgebildet ist.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the piezoelectric body ( 30 ) is cuboid. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper (30) V-förmig ausgebildet ist.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the piezoelectric body ( 30 ) Is V-shaped. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper (30) aus Quarz besteht.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the piezoelectric body ( 30 ) consists of quartz. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite elektrische Größe der Strom, insbesondere Wechselstrom, ausgangsseitig erfasst wird oder ist.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 14, characterized in that as the second electrical variable of the current, in particular alternating current, the output side is detected or is. Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (16) aus Wolfram, Platin-Iridium, Silizium, Siliziumnitrid oder Quarz besteht.Cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 15, characterized in that the tip ( 16 ) consists of tungsten, platinum-iridium, silicon, silicon nitride or quartz. Rastersondenmikroskop (10), insbesondere Rasterkraftmikroskop (10), mit einem Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.Scanning probe microscope ( 10 ), in particular atomic force microscope ( 10 ), with a cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 16. Verfahren zum Betrieb eines Rastersondenmikroskops (10), insbesondere Rasterkraftmikroskops (10), wobei mit einer auf einem Cantilever (15) angeordneten Spitze (16) eine Probe (12) rasterförmig erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem piezoelektrischen Körper (30) ausgebildete Cantilever (15) mit einer ersten elektrischen Größe zu wenigstens einer Schwingung angeregt wird und anhand einer erfassten zweiten elektrischen Größe des Cantilevers (15) aufgrund einer Wechselwirkung der Spitze (16) mit der Probe (12) eine oder mehrere Eigenschaften der Probe erfasst oder ermittelt wird.Method for operating a scanning probe microscope ( 10 ), in particular atomic force microscopes ( 10 ), with one on a cantilever ( 15 ) arranged tip ( 16 ) a sample ( 12 ) is detected in a grid shape, characterized in that the piezoelectric body ( 30 ) trained cantilevers ( 15 ) is excited with a first electrical quantity to at least one oscillation and based on a detected second electrical variable of the cantilever ( 15 ) due to an interaction of the tip ( 16 ) with the sample ( 12 ) one or more properties of the sample is detected or determined. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Cantilever (15) eingangs mit einer Wechselspannung als erste elektrische Größe beaufschlagt wird.Method according to claim 18, characterized in that the cantilever ( 15 ) is initially applied with an AC voltage as the first electrical variable. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig als zweite elektrische Größe der zeitliche Verlauf eines Stromes, insbesondere Wechselstromes, erfasst wird.Method according to claim 18 or 19, characterized on the output side, the second electrical variable is the time course of a Electricity, especially AC, is detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper (30) und seine Kontakte (26, 27, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) elektrisch isoliert sind.Method according to one of claims 18 to 20, characterized in that the piezoelectric body ( 30 ) and its contacts ( 26 . 27 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 . 37 . 38 ) are electrically isolated. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastersondenmikroskop (10) mit einem Cantilever (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 betrieben wird.Method according to one of claims 18 to 21, characterized in that the scanning probe microscope ( 10 ) with a cantilever ( 15 ) is operated according to one of claims 1 to 11. Verwendung eines Cantilevers (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einem Rastersondenmikroskop (10), insbesondere Rasterkraftmikroskop (10).Use of a cantilever ( 15 ) according to one of claims 1 to 16 in a scanning probe microscope ( 10 ), in particular atomic force microscope ( 10 ).
DE102006011598A 2006-03-10 2006-03-10 Cantilever of a scanning probe microscope Ceased DE102006011598A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006011598A DE102006011598A1 (en) 2006-03-10 2006-03-10 Cantilever of a scanning probe microscope
PCT/EP2007/001946 WO2007104452A1 (en) 2006-03-10 2007-03-07 Cantilever of a scanning probe microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006011598A DE102006011598A1 (en) 2006-03-10 2006-03-10 Cantilever of a scanning probe microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006011598A1 true DE102006011598A1 (en) 2007-09-13

Family

ID=38055234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006011598A Ceased DE102006011598A1 (en) 2006-03-10 2006-03-10 Cantilever of a scanning probe microscope

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006011598A1 (en)
WO (1) WO2007104452A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4332966A1 (en) * 1993-09-28 1995-03-30 Philips Patentverwaltung Torsion actuator and a method for its production
US5537863A (en) * 1993-07-15 1996-07-23 Nikon Corporation Scanning probe microscope having a cantilever used therein
EP0480645B1 (en) * 1990-10-09 1997-01-15 Canon Kabushiki Kaisha Cantilever type probe, scanning tunnel microscope and information processing apparatus using the same
US5742377A (en) * 1994-04-12 1998-04-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Cantilever for scanning probe microscope including piezoelectric element and method of using the same
DE10106854A1 (en) * 2000-02-17 2001-10-31 Seiko Instr Inc Micro probe and device for measuring a sample surface

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3370527B2 (en) * 1996-03-08 2003-01-27 セイコーインスツルメンツ株式会社 Atomic force microscope probe, method of manufacturing the same, and atomic force microscope

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0480645B1 (en) * 1990-10-09 1997-01-15 Canon Kabushiki Kaisha Cantilever type probe, scanning tunnel microscope and information processing apparatus using the same
US5537863A (en) * 1993-07-15 1996-07-23 Nikon Corporation Scanning probe microscope having a cantilever used therein
DE4332966A1 (en) * 1993-09-28 1995-03-30 Philips Patentverwaltung Torsion actuator and a method for its production
US5742377A (en) * 1994-04-12 1998-04-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Cantilever for scanning probe microscope including piezoelectric element and method of using the same
DE10106854A1 (en) * 2000-02-17 2001-10-31 Seiko Instr Inc Micro probe and device for measuring a sample surface

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. Lee, T. Itoh, T. Suga: "Self-excited piezoelec- tric PZT microcantilevers for dynamic SFM -with inherent sensing and actuating capabilities", Sensors and Actuators A72, pp. 179-188 (1999)
C. Lee, T. Itoh, T. Suga: "Self-excited piezoelectric PZT microcantilevers for dynamic SFM -with inherent sensing and actuating capabilities", Sensors and Actuators A72, pp. 179-188 (1999) *
J.D. Adamsa et al.: "Self-sensing tapping mode atomic force microscopy", Sensors and Actuators A 121, pp. 262-266 (2005) *
Y. Miyahara et al.: "Non-contact atomic force microscope with a PZT cantilever used for deflec- tion sensing, direct oscillation and feedback actuation", Applied Surface Science 188, pp. 450-455 (2002)
Y. Miyahara et al.: "Non-contact atomic force microscope with a PZT cantilever used for deflection sensing, direct oscillation and feedback actuation", Applied Surface Science 188, pp. 450-455 (2002) *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007104452A1 (en) 2007-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10084431B4 (en) Active probe for atomic resolution atomic force microscope and method of using same
DE69309318T2 (en) Method and device for observing a surface
DE19900114B4 (en) Method and device for the simultaneous determination of at least two material properties of a sample surface, including the adhesion, the friction, the surface topography and the elasticity and rigidity
DE60037884T2 (en) Multi-probe measuring device and associated application method
DE69312412T2 (en) Two-dimensional profiling with an atomic force microscope contact force
EP1994395B1 (en) Method for determining a dopant concentration in a semiconductor sample
DE102016214658B4 (en) Scanning probe microscope and method for examining a sample surface
DE69828758T2 (en) Process for producing a magnetic force image and scanning probe microscope
DE102006004922B4 (en) Miniaturized spring element and method for its production, beam probe, atomic force microscope and method for its operation
DE102014212311A1 (en) Scanning probe microscope and method of inspecting a high aspect ratio surface
EP2171425B1 (en) Apparatus and method for investigating surface properties of different materials
DE19633546C2 (en) Device for contactless scanning of surfaces and method therefor
DE102006011598A1 (en) Cantilever of a scanning probe microscope
DE102010052037B4 (en) Sensor and method for contactless scanning of a surface
DE102016221319B4 (en) Scanning probe microscope and method for increasing a scanning speed of a scanning probe microscope in step-in scanning mode
DE19513529A1 (en) Arrangement for recording the topography of a surface
WO2009109203A1 (en) Corrosion detection device and method
DE102011084434B4 (en) Method and device for measuring magnetic field gradients in magnetic force microscopy
DE69922205T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR SURFACE TESTING
DE102005038245B4 (en) Device for vibrational excitation of a cantilever mounted in an atomic force microscope cantilever
DE3922589C2 (en) Atomic force microscope
DE102010026703B4 (en) Device for scanning various surfaces and using the device
DE102015224938B4 (en) Method and device for determining force fields, force field gradients, material properties or masses with a system of coupled, vibratory, beam-like components
WO2007028686A1 (en) Vibration measurement system
DE112012004221T5 (en) Method for controlling a scanning microscope

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection