Modulations-Reibungsmikroskopie in der Hebelarm-Biegeresonanz zur Charakterisierung von Oberflächeneigenschaften im UHV
| dc.contributor.author | Krischker, Karsten | |
| dc.date.accessioned | 2023-02-09T15:31:58Z | |
| dc.date.available | 2001-07-04T22:00:00Z | |
| dc.date.available | 2023-02-09T15:31:58Z | |
| dc.date.issued | 2001 | |
| dc.identifier.uri | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-4567 | |
| dc.identifier.uri | https://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/10095 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-9479 | |
| dc.description.abstract | Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Kraftmikroskop aufgebaut, das mittels Lock-In-Technik eine neu entwickelteModulations-Reibungsmikroskopie unter sauberen Bedingungen ermöglicht. Ausgehend von theoretischen Überlegungen zu den verschiedenen Schwingungsmoden des Hebelarms wurde eine Meßart gewählt, beider der Hebelarm zu Biegeresonanzschwingungen angeregt wird. Die Anregung erfolgt hierbei über die Kraft- und Reibungskopplung amKontakt der Tastspitze mit der modulierten Probe. Zunächst wurden die möglichen Abbildungskontraste zur Modulations-Reibungsmikroskopie näher untersucht. Bei der Analyse derBiegeresonanzkurve zeigte sich, daß das System des schwingenden Hebelarms in Verbindung mit der Reibungskopplung als nichtlinearerOszillator beschrieben werden kann. Die Reibungsverluste des Systems machen sich dabei als Dämpfung der Oszillation bemerkbar. DieAbhängigkeit der Verlustleistung von der Modulationsamplitude der Probenschwingung konnte mit einem einfachen Feder-Masse-Systemerklärt werden. Die Größenordnung der Verlustleistung wird mit Hilfe der Theorie des schwingenden Balkens bestimmt und liegt aufHOPG-Proben bei einigen Nanowatt. Das beobachtete nichtlineare Schwingverhalten läßt weiterhin auf eine Haft-Gleitbewegung der Tastspitze schließen, welche zum einen beieinem materialabhängigen charakteristischen Schwellenwert der Modulationsamplitude einsetzt und zum anderen von der Stärke derAuflagekraft abhängt. Ausgehend von diesen Resultaten wurde ein Meßmodus entwickelt, der bei fester Frequenz in der Nähe der Biegeresonanz einepraktikable Meßzeit erlaubt (ca. 40 min/Bild). Verschiedene Einflüsse auf den Bildkontrast, die aber nicht der Reibung zuzusprechen sindwie z.B. lokale Oberflächenmorphologien, konnten ebenfalls erklärt und zum Teil durch geeignete Maßnahmen reduziert werden. Mit diesem Verfahren wurde beobachtet, daß Oberflächenverunreinigungen einen massiven Bildkontrast erzeugen, der hauptsächlich durchdie viskose Dämpfung der Spitzenoszillation durch Adsorbate bewirkt wird. Es wurde einerseits festgestellt, daß je nachVerschmutzungsgrad diese Verunreinigungen zum Teil mit der Tastspitze über die Oberfläche verteilt werden. Andererseits können auf sauberen Oberflächen oder bei nur geringer Verschmutzung Verunreinigungen an der Tastspitze auf diese Weisean Kanten und Stufen wieder entfernt werden. Wie Aufnahmen im Rasterelektronenmikroskop zeigen, ist die Tastspitze außerdem einemständigen Verschleiß durch Abrieb unterworfen. Der Verrundungsradius am Spitzenapex verschlechtert sich dabei nach ungefähr100~Meßbildern von anfänglich 15 nm auf einige 100 nm. Bei glatten sauberen Proben hat dies allerdings keinen meßbaren Einfluß auf dieAbbildungsqualität. Auf sauberen Oberflächen wurde der Einfluß des Kristallgitters auf die Abbildungskontraste untersucht. Dabei zeigte sich, daß in denlokalen Haft-Gleitzyklen der Hebelarmschwingung höherfrequente Anteile enthalten sind, deren Ursache in der Periodizität des Gitters liegt. Erstmals gelang es diesen Effekt meßtechnisch so auszunutzen, um einen von der Kristallorientierung abhängigen Kontrast mit derModulations-Reibungsmikroskopie zu erzielen. So konnte auf HOPG die Fläche einzelner Körner mit unterschiedlichem Kontrastabgebildet werden, obwohl in der gleichzeitig gemessenen, nahezu atomar glatten Topographie diese Körner nicht zu erkennen waren. InZukunft sollte es auch möglich sein, mit dem in dieser Arbeit vorgestellten Meßverfahren auf anderen Probenmaterialien unterschiedlicheGitterorientierungen großflächig abzubilden. | de_DE |
| dc.language.iso | de_DE | de_DE |
| dc.rights | In Copyright | * |
| dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | * |
| dc.subject | Modulations-Reibungsmikroskopie | de_DE |
| dc.subject | Hebelarm-Biegeresonanz | de_DE |
| dc.subject | UHV | de_DE |
| dc.subject.ddc | ddc:530 | de_DE |
| dc.title | Modulations-Reibungsmikroskopie in der Hebelarm-Biegeresonanz zur Charakterisierung von Oberflächeneigenschaften im UHV | de_DE |
| dc.type | doctoralThesis | de_DE |
| dcterms.dateAccepted | 2001-06-27 | |
| local.affiliation | FB 07 - Mathematik und Informatik, Physik, Geographie | de_DE |
| thesis.level | thesis.doctoral | de_DE |
| local.opus.id | 456 | |
| local.opus.institute | Institut für Angewandte Physik | de_DE |
| local.opus.fachgebiet | Physik | de_DE |
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