Digitalmikroskope

Rasterkraftmikroskop

Wichtige Punkte im Überblick

Ein Rasterkraftmikroskop (AFM) misst Oberflächenrauheit mittels atomarer Kräfte zwischen Spitze (Cantilever) und Probe.
Cantilever‑Deflektion wird per optischem Hebel detektiert.
Es liefert 3D‑Höhendaten mit hoher Auflösung unter Umgebungsbedingungen.
Einschränkungen: sehr kleiner Messbereich, schwierige Positionierung und anspruchsvolle Bedienung.

Das Rasterkraftmikroskop – auch Atomkraftmikroskop (AFM) genannt – misst die Rauheit einer Probe anhand der atomaren Kräfte zwischen der Spitze und der Probe. Um eine Messung durchzuführen, wird eine Blattfeder, der sogenannte „Cantilever“, mit einer spitzen Nadel am Ende in die Nähe der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts bis auf einen Abstand von einigen Nanometern bewegt. Um eine konstante Kraft zwischen der Nadel und der Probe aufrechtzuerhalten (eine konstante Auslenkung des Cantilevers), gibt das Rasterkraftmikroskop während der Abtastung eine Rückmeldung an den piezoelektrischen Scanner.
Diese an den Piezo-Scanner weitergegebene Auslenkung wird gemessen, um die Verschiebung in Z-Achsen-Richtung zu ermitteln, die der Oberflächenstruktur entspricht.

Ein gängiges Verfahren zum Messen der Verschiebung des Piezo-Scanners ist die Verwendung eines optischen Hebels: Ein Laserstrahl wird auf die Rückseite des Cantilevers gerichtet und der reflektierte Strahl wird durch Fotodioden mit zwei (oder vier) Segmenten erkannt.

Vorteile	Nachteile
Vorteile Hohe Auflösung Ermöglicht 3D-Messung mit sehr hoher Vergrößerung. Die erfassten Daten können elektronisch weiterverarbeitet werden. Es kann eine Betrachtung bei gewöhnlichen Umgebungsbedingungen durchgeführt werden, sodass keine Vorbehandlung der Probe erforderlich ist. Ermöglicht die Analyse physikalischer Eigenschaften (elektrische Eigenschaften, magnetische Eigenschaften, Reibung, Viskoelastizität usw.).	Nachteile Es sind keine Messungen mit geringer Vergrößerung und größerem Messbereich möglich. Proben mit erheblicher Rauheit (Höhenunterschied größer als einige μm) lassen sich nicht messen. Herausfordernde Positionierung, da das Sichtfeld eingeengt werden muss. Die Analyse von Proben kann daher zeitaufwändiger sein. Herausfordernde Bedienung

Vorteile

Nachteile

Vorteile

Hohe Auflösung
Ermöglicht 3D-Messung mit sehr hoher Vergrößerung. Die erfassten Daten können elektronisch weiterverarbeitet werden.
Es kann eine Betrachtung bei gewöhnlichen Umgebungsbedingungen durchgeführt werden, sodass keine Vorbehandlung der Probe erforderlich ist.
Ermöglicht die Analyse physikalischer Eigenschaften (elektrische Eigenschaften, magnetische Eigenschaften, Reibung, Viskoelastizität usw.).

Nachteile

Es sind keine Messungen mit geringer Vergrößerung und größerem Messbereich möglich. Proben mit erheblicher Rauheit (Höhenunterschied größer als einige μm) lassen sich nicht messen.
Herausfordernde Positionierung, da das Sichtfeld eingeengt werden muss. Die Analyse von Proben kann daher zeitaufwändiger sein.
Herausfordernde Bedienung

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Fragen

Hohe Vergrößerung, kleiner Messbereich

Das Rasterkraftmikroskop (AFM) ist ein System zur stark vergrößerten Betrachtung, mit welchem sich 3D-Messungen von sehr feinen Oberflächenstrukturen durchführen lassen. Im Gegensatz zu Rasterelektronenmikroskopen kann es Höhendaten als numerische Werte erfassen, was eine Quantifizierung der jeweiligen Probe und eine elektronische Weiterverarbeitung der Daten ermöglicht. Zudem ermöglicht das Rasterkraftmikroskop Messungen unter normalen Umgebungsbedingungen und weist keine Einschränkungen hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit oder erforderlicher Vorbehandlungen der Proben auf. Andererseits gibt es jedoch Einschränkungen aufgrund des schmalen Messbereichs (XYZ), die sich aus seiner hohen Auflösung ergeben. Eine weitere Herausforderung beim Rasterkraftmikroskop ist die präzise Positionierung der Sonde im Messbereich und die zur Bedienung erforderliche Fachkompetenz (korrekte Montage des Cantilevers usw.).