Prüfmethode zur quantitativen Bestimmung elastischer Eigenschaften in nanoskaligen Dimensionen mit Rastersondenmikoskopie. Optimierte Rasterkraftsonden. Abschlussbericht für das F&E-Foerderprojekt 13N8328. Laufzeit: 01.05.2002 - 31.07.2005
(Deutsch)
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Die Verfahren zur Bestimmung elastischer Eigenschaften in nanoskaligen Dimensionen mittels Rastersondenmikroskopie haben sich trotz einer unzulänglichen Quantifizierbarkeit der Ergebnisse zu einem bedeutenden Analyseinstrument für die Nanotechnologie entwickelt. Im Rahmen des durchgeführten Verbundvorhabens sollte dieses Manko zuminest für die Kontaktresonanzspektroskopie beseitigt werden. Eine Grundvoraussetzung für die Quantifizierung der Messergebnisse ist die Verfügbarkeit von speziell optimierten Sonden, die eine stabile, reproduzierbare Messung ermöglichen. Aus diesem Grund wurden im Rahmen des Vorhabens AFM-Sonden mit opimierter Tastspitzenform, Federbalkengeometrie und Hartstoffbeschichtung entwickelt. Ausgehend von einer eingehenden Analyse der Ausgangssituation konnten Defizite der verfügbaren kommerziellen AFM-Sonden indentifiziert und beseitigt werden. Die Tastspitzenform wurde sowohl mit parallel wirkenden isotropen Ätzverfahren als auch mit direkten, lokalen Bearbeitungsverfahren basierend auf fokussierten Elektronen- und Ionenstrahlen modifiziert. Mit beiden Verfahren konnten Tastspitzen mit einem definierten größeren Krümmungsradius und kleinerem Aspektverhältnis realisiert werden. Die Realisierung von lokalen Hartstoffbeschichtungen auf den Tastspitzen von AFM-Sonden wurde sowohl mit ionen- und elektronenstrahlinduzierter Deposition als auch flächiger Beschichtung und anschließender lithographisch definierter Strukturierung demonstriert. In Anwendungsuntersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass der Verschleiß der Spitzen bei Kontaktresonanzmessungen durch die Modifikation ihrer Form und die Hartstoffbeschichtungen erheblich reduziert wird. Zur exakten Ermittlung der Federkonstanten von AFM-Sonden als wesentliche Kenndaten hinsichtlich der quantitativen Auswertung wurden Kalibrierfederbalken entwickelt und realisiert, mit deren Hilfe sich die Federkonstante direkt im Rastersondenmikroskop bestimmen lässt. Durch die optimierte Form der Kalibrierfederbalken und die Genauigkeit der Messung kann die Federkonstante der AMF-Sonden genauer bestimmt werden als dies auf der Grundlage der gemessenen Messbalkengeometrie möglich ist.
Scanning probe microscopy based methods for the determination of elastic properties in nanoscale dimensions have become an important nanotechnology analysis tool although the reusults cannot be adequately quantified, so far - deficiency to be remedied at least for the contact resonance spectroscopy by this co-operation project. A basic requirement for quantitative measurements is the availability of especially optimized probes guaranteeing stable and reliable measurement results. Therefore, AFM-probes with optimize tip shape, cantilever geometry and hard tip coatings have been developed within the project. Starting with a detailed examination of influencing factors insufficiencies of commercially available AFM-probes have been identified and cleared. The tip shape of commercial probes has been modified by parallel isotropic etching as well as by direct, local processing with focussed electron- and ion beams. Both techniques enabled the realization of tips with well-defined increased radius of curvature and reduced aspect ratio. The fabrication of tips locally coated with hard materials has been realized by ion-and electron beam induced deposition and by planar deposition with subsequent lithographic patterning. Application experiments have proven that tip wear during contact resonance measurements could be reduced dramatically by these modifications. The force constant of AFM-probes has been identified as a key parameter for the quantification of all kind of elastic property measurement results. For an exact force constant determination directly within the scanning probe microscope calibration cantilevers have been developed and realized. Due to the optimized shape of the calibration cantilevers combined with the precision of the AFM measurement the force constant of AFM probes can be determined with less uncertainty than by a calculation based on the measured geometric data of the AFM cantilever.
Prüfmethode zur quantitativen Bestimmung elastischer Eigenschaften in nanoskaligen Dimensionen mit Rastersondenmikoskopie. Optimierte Rasterkraftsonden. Abschlussbericht für das F&E-Foerderprojekt 13N8328. Laufzeit: 01.05.2002 - 31.07.2005
Weitere Titelangaben:
Development and optimization of test methods for a quantitative determination of elastic properties in nanoscale dimensions using scanning probe microscopy - optimized scanning probes