Rasterkraftmikroskopie

Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) ist eine Art Rastersondenmikroskopie, mit der topografische Details verschiedener Proben wie Keramik, Glas, Polymere und biologische Proben analysiert werden können. AFM bietet eine über 1000-mal höhere Auflösung als das optische Bildgebungssystem. Mit AFM erzeugte Bilder sind dreidimensionale Oberflächenprofile und bieten einen Vorteil gegenüber den flachen, zweidimensionalen Bildern anderer Bildgebungstechniken.

Die AFM-Sonde

Die Sonde gilt als das Herzstück jedes AFM-Aufbaus und besteht aus der Cantilever- und Spitzenbaugruppe. Sonden sind bei diesem Mikroskoptyp das am häufigsten ausgetauschte Teil, da die Spitze durch die ständige Interaktion mit den Proben abgenutzt wird. Daher hängt die Wahl des Materials für die Sonde von den Eigenschaften der Probe ab. Siliziumsonden, die zur Analyse harter Proben verwendet werden, sind steifer und schärfer als Siliziumnitridsonden, die sich besser zum Scannen weicherer Proben eignen. Diese scharfen Spitzen werden durch elektrochemisches Ätzen oder Kohlenstoffnanoröhren für eine genauere Analyse hergestellt.

Bildgebungsmodi von AFM

Beim AFM wird die Oberflächentopographie mithilfe der Wechselwirkung zwischen der Sondenspitze und der Probenoberfläche untersucht. Es gibt zwei Hauptbildgebungsmodi: einen statischen Modus, der auch als Kontaktmodus bezeichnet wird, und einen dynamischen Modus.

Im statischen oder Kontaktmodus steht die Sondenspitze in ständigem Kontakt mit der Probenoberfläche. Während die Spitze über die Oberfläche schleift, führen Abstoßungskräfte zwischen der Probe und der Spitze zu einer Biegung des Auslegers, die aufgezeichnet wird. Die gesamte Probenoberfläche wird sowohl in der X- als auch in der Y-Achse hin und her gescannt, was als Rasterscannen bezeichnet wird, während die vertikale Bewegung des Auslegers die Z-Achse aufzeichnet und so ein 3D-Bild erzeugt.

Im dynamischen Modus schwingt die Sonde knapp über der Probenoberfläche und kommt der Oberfläche nahe, berührt sie jedoch nicht. Anziehende und abstoßende Kräfte bestimmen die Variation des Abstands zwischen der Spitze und der Probe und beeinflussen die Amplitude der Cantilever-Schwingung. Dieses Feedback wird aufgezeichnet, um die Oberflächentopographie der Probe zu konstruieren.