DE102006055528A1

DE102006055528A1 - Atomic force microscope for examining sample, has evaluation unit receiving measurement variable i.e. friction between probe tip and sample, as input besides force reciprocal effect for determining artifact

Info

Publication number: DE102006055528A1
Application number: DE102006055528A
Authority: DE
Inventors: Kristof Prof. Dr. Szot
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-05-29

Abstract

The microscope has a probe with a tip, and a scanning unit for relative positioning of the tip and sample to be examined. A detector measures the force reciprocal effect between the tip and the sample, and a measurement device determines the friction between the tip and the sample. An evaluation unit receives measurement variable as an input besides the force reciprocal effect for determining the artifact, where the measurement variable is the friction between the tip and the sample.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rasterkraftmikroskop mit Mitteln zur Kontrolle der Artefakte, mit denen die Messung behaftet ist.The The invention relates to an atomic force microscope with means for control the artifacts with which the measurement is afflicted.

Stand der TechnikState of the art

Ein Rasternahfeldmikroskop misst die Wechselwirkung zwischen einer Sonde, die eine feine Spitze umfasst, und einer Probe. Die feine Spitze steht zeitweise oder dauernd in einer Kraftwechselwirkung mit der Probe. Diese Kraftwechselwirkung wird mit einem geeigneten Detektor registriert. Eine Scaneinheit bewegt Spitze und Probe relativ zueinander, um ein Bild der gesamten Probenoberfläche zu erhalten.One Scanning near-field microscope measures the interaction between a probe, which includes a fine tip, and a sample. The fine tip is temporarily or permanently in a force interaction with the Sample. This force interaction is done with a suitable detector registered. A scanning unit moves tip and probe relative to each other, to obtain an image of the entire sample surface.

In der Regel ist man nicht an einer der Messung der Kraftwechselwirkung selbst interessiert, sondern an einer Messgröße, die von der Kraftwechselwirkung abhängt. Beispiele für solche Messgrößen sind die Topographie, die Magnetisierung oder auch der lokaler piezoelektrische Effekt der Probe. Es wird davon ausgegangen, dass die im aufgenommenen Bild dargestellte Ortsabhängigkeit der Kraftwechselwirkung auch die Ortsabhängigkeit der daraus abgeleiteten Messgröße widerspiegelt.In The rule is not one of the measurement of force interaction self-interested, but in a measurable by the force interaction depends. examples for such quantities are the topography, the magnetization or also the local piezoelectric Effect of the sample. It is assumed that the im Picture shown location dependency the force interaction also the location dependence of the derived therefrom Measurements reflected.

Nachteilig zeigen derartige Bilder häufig Artefakte. Dies sind Strukturen, bei denen es nicht plausibel ist, dass sie durch Änderungen der Messgröße hervorgerufen werden. Oft sind die Artefakte so stark, dass dem aufgenommenen Bild keine Information über die aus der Kraftwechselwirkung abgeleitete Messgröße mehr entnehmbar ist.adversely show such pictures frequently Artifacts. These are structures where it is not plausible that they are through changes caused the measured variable become. Often the artifacts are so strong that the recorded one Image no information about the derived from the force interaction measure more is removable.

Aufgabe und LösungTask and solution

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Rasterkraftmikroskop zur Verfügung zu stellen, das verlässlichere Informationen über die im jeweiligen Anwendungsfall interessierende Messgröße liefert als Rasterkraftmikroskope nach dem Stand der Technik.task The invention therefore provides an atomic force microscope put, the more reliable information about supplies the measurand of interest in the respective application As atomic force microscopes according to the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Rasterkraftmikroskop gemäß Hauptanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Unteransprüchen.These The object is achieved by an atomic force microscope according to the main claim. Further advantageous embodiments will be apparent from the following referred back Dependent claims.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Rasterkraftmikroskop zur Untersuchung einer Probe entwickelt. Dieses umfasst eine Sonde mit einer Spitze, eine Scaneinheit zur relativen Positionierung von Spitze und Probe sowie einen Detektor zur Messung der Kraftwechselwirkung zwischen Spitze und Probe.in the The scope of the invention was an atomic force microscope for examination developed a sample. This includes a probe with a tip, a Scan unit for relative positioning of tip and sample as well a detector for measuring the force interaction between tip and sample.

Unter einer Messung der Kraftwechselwirkung wird nicht nur eine statische Kraftmessung verstanden. Vielmehr umfasst dieser Begriff auch dynamische Messungen, bei denen etwa die Spitze in Schwingungen versetzt wird und sich die Wechselwirkung mit der Probe auf Amplitude, Frequenz oder Phase dieser Schwingung auswirkt. Ebenso sind Messungen umfasst, bei denen nicht die Kraft selbst, sondern ihr Gradient in einer oder mehreren Raumrichtungen gemessen wird. Die Messung liefert eine Größe, die ein Maß für die Kraft oder den Kraftgradienten ist, wobei eine Eichung auf den Absolutwert der Kraft oder des Kraftgradienten entbehrlich ist.Under A measurement of the force interaction is not just a static Force measurement understood. Rather, this term also includes dynamic Measurements in which, for example, the tip is set in vibration and the interaction with the sample on amplitude, frequency or phase of this oscillation. Likewise, measurements include where not the force itself, but its gradient in one or several spatial directions is measured. The measurement delivers a size that a measure of the power or the force gradient, wherein a calibration is based on the absolute value of the Force or force gradient is unnecessary.

Weiterhin ist eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Reibung zwischen Spitze und Probe vorgesehen. Unter Bestimmung wird in diesem Zusammenhang die Ermittlung des Wertes einer Messgröße verstanden, der maßgeblich von der Reibung zwi schen Spitze und Probe abhängt. Eine quantitative, absolute Bestimmung des Reibungskoeffizienten in SI-Einheiten ist nicht erforderlich.Farther is a measuring device for determining the friction between tip and sample provided. Under determination is in this context understood the determination of the value of a measurable, the relevant depends on the friction between tip and sample. A quantitative, absolute Determination of the coefficient of friction in SI units is not required.

Erfindungsgemäß umfasst das Mikroskop nun eine erste Auswerteeinheit, welche neben der Kraftwechselwirkung mindestens eine weitere Messgröße als Eingabe erhält, zur Bestimmung von Artefakten, mit denen die Kraftwechselwirkung behaftet ist. Diese weitere Messgröße kann insbesondere die Reibung zwischen Spitze und Probe sein. Es ist aber auch beispielsweise die Verkippung zwischen Spitze und Probe geeignet. Die Verkippung kann zumindest teilweise von der Reibung abhängen.According to the invention the microscope now has a first evaluation unit, which in addition to the force interaction at least one additional measured variable as input receives for determining artifacts with which the force interaction is afflicted. This further measurable variable can be friction in particular between tip and sample. But it is also for example the tilt between tip and sample suitable. The tilt may depend, at least in part, on the friction.

Die erste Auswerteeinheit liefert eine Information über die Verlässlichkeit der aufgenommenen Werte für die Kraftwechselwirkung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, in der eine weitere Auswerteeinheit zur Ermittlung einer von der Kraftwechselwirkung abhängigen Messgröße aus der Kraftwechselwirkung vorgesehen ist, liegt damit auch eine Information über die Verlässlichkeit der Werte dieser Messgröße vor.The first evaluation unit provides information about the reliability the recorded values for the force interaction. In an advantageous embodiment of Invention in which a further evaluation unit for determining a dependent on the force interaction Measured variable from the Force interaction is provided, so there is also information about the reliability the values of this measurand.

Unter Artefakten im Sinne dieser Erfindung werden alle Änderungen des Detektorsignals verstanden, die nicht von einer Änderung der Kraftwechselwirkung beziehungsweise der mit der weiteren Auswerteeinheit aus ihr zu ermittelnden Messgröße herrühren.Under Artifacts in the sense of this invention are all changes the detector signal understood that not change the force interaction or with the other evaluation come from her to be determined measure.

Beispielsweise kann die lokale piezoelektrische Antwort eine von der Kraftwechselwirkung abhängige Messgröße sein, zu deren Ermittlung die weitere Auswerteeinheit in der Lage ist. Dazu kann die weitere Auswerteeinheit beispielsweise die Spitze mit einer elektrischen Spannung beaufschlagen, was bei einer piezoelektrischen Probe zu einer lokalen Ausdehnung oder Kontraktion am Ort der Spitze führt. Die lokale Ausdehnung oder Kontraktion beeinflusst wiederum die Kraftwechselwirkung. Kraftwechselwirkung und lokale piezoelektrische Antwort sind somit wechselseitig voneinander abhängig: da die lokale piezoelektrische Antwort die Kraftwechselwirkung ändert, kann die gemessene Kraftwechselwirkung herangezogen werden, um die lokale piezoelektrische Antwort als Messgröße zu bestimmen.By way of example, the local piezoelectric response may be a force-dependent measurement variable for the determination of which the further evaluation unit is capable. For this purpose, the further evaluation unit, for example, act on the tip with an electrical voltage, resulting in a piezoelectric sample to a local expansion or contraction at the location of the tip. The local expansion or contraction in turn influences the force interaction. force Wech The interaction and local piezoelectric response are thus mutually dependent: since the local piezoelectric response alters the force interaction, the measured force interaction can be used to determine the local piezoelectric response as a measure.

Die durch die erste Auswerteeinheit erfindungsgemäß bereitgestellten Zusatzinformationen über die Verlässlichkeit von Messgrößen sind insbesondere dann wertvoll, wenn Messungen an Proben mit topographischen Strukturen durchgeführt werden. Bei Messungen an solchen Proben gibt es häufig ein Übersprechen der Probentopographie auf die Kraftwechselwirkung und daher auch auf die von dieser Kraftwechselwirkung abhängige Messgröße.The provided by the first evaluation unit according to the invention additional information about the reliability of measured quantities especially valuable when measurements on samples with topographical Structures performed become. For measurements on such samples, there is often crosstalk the sample topography on the force interaction and therefore also on the measured variable dependent on this force interaction.

Es wurde insbesondere erkannt, dass jegliche Kraftwechselwirkung zwischen Spitze und Probe über Reibung vermittelt wird. Somit korreliert das Signal des Detektors nicht mit dem wahren Wert der Kraftwechselwirkung, sondern mit einem Wert, der mit einer Übertragungsfunktion für die Reibung zwischen Spitze und Probe gefaltet ist. Enthält die Probe topographische Strukturen oder besteht sie aus verschiedenen Materialien, ist diese Übertragungsfunktion über die Probenoberfläche veränderlich. Diese Änderung kann ein Signal hervorrufen, das um ein Vielfaches stärker ist als das von einer Änderung der eigentlichen Kraftwechselwirkung herrührende Signal.It In particular, it was recognized that any force interaction between Tip and sample over Friction is conveyed. Thus, the signal of the detector correlates not with the true value of the force interaction, but with one Value that with a transfer function for the Friction between tip and sample is folded. Contains the sample topographic Structures or consists of different materials, this transfer function is over the sample surface mutable. This change can produce a signal that is many times stronger as that of a change the actual force interaction resulting signal.

Da erfindungsgemäß nun eine erste Auswerteeinheit zur Verfügung steht, der die Reibung zwischen Spitze und Probe als weitere Messgröße zur Verfügung gestellt werden kann, können die Ortsabhängigkeiten der Kraftwechselwirkung und der Reibung miteinander verglichen werden. Sind die Ortsabhängigkeiten stark korreliert, liegt der Verdacht nahe, dass für die gemessenen Werte der Kraftwechselwirkung und somit auch für daraus abgeleitete Werte weiterer Messgrößen in Wahrheit die Reibung maßgeblich war und nicht die Kraftwechselwirkung. Ein solcher Vergleich lässt sich beispielsweise durchführen, indem die Ortsabhängigkeiten der Kraftwechselwirkung einerseits und der Reibung andererseits jeweils als zweidimensionales Bild dargestellt werden. Die beiden Bilder können anschließend, beispielsweise über Kreuzkorrelation, miteinander verglichen werden.There According to the invention now a first evaluation unit available stands, which provided the friction between tip and sample as another measure can, can the location dependencies the force interaction and the friction are compared. Are the location dependencies strongly correlated, it is suspected that measured for Values of the force interaction and thus also for derived values more metrics in truth the friction is decisive was and not the force interaction. Such a comparison can be for example, perform by the location dependencies the force interaction on the one hand and the friction on the other hand respectively be displayed as a two-dimensional image. The two pictures can subsequently, for example about Cross correlation, compared with each other.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Mikroskop eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Verkippung zwischen Spitze und Probe. Diese Verkippung steht dann als weitere Messgröße zur Verfügung, die der ersten Auswerteeinheit zur Bestimmung von Artefakten zur Verfügung gestellt werden kann. Bei vielen Verfahren zur Bestimmung der Kraftwechselwirkung ist für eine korrekte Messung Voraussetzung, dass eine solche Verkippung nicht vorhanden ist oder sich zumindest während der Messung nicht ändert. Indem die Verkippung nun erfindungsgemäß bestimmbar ist, lässt sich beurteilen, ob die Messung der Kraftwechselwirkung – die als Maß für die daraus abgeleitete Messgröße angesehen wird – mit einem derartigen Fehler behaftet ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention the microscope a measuring device for determining the tilt between Tip and sample. This tilt is then available as a further measure that the first evaluation provided for the determination of artifacts can be. In many methods for determining the force interaction is for one correct measurement requirement that such tilting is not is present or at least does not change during the measurement. By the Tilting can now be determined according to the invention, let yourself judge whether the measurement of force interaction - as the Measure of it derived measure will with is affected by such an error.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst mindestens eine Messvorrichtung den Detektor, der bereits zur Messung der Kraftwechselwirkung dient. Die Bestimmung zweier oder gar dreier unabhängiger Messgrößen aus nur einem physikalischen Messsignal eliminiert systematische Fehlerquellen und ermöglicht einen kompakten Aufbau des Mikroskops.In a particularly advantageous embodiment of the invention at least one measuring device the detector, already for measuring the Force interaction is used. The determination of two or even three independent Measured variables only a physical measurement signal eliminates systematic sources of error and allows a compact design of the microscope.

Dies gilt im Besonderen, wenn mindestens eine Messvorrichtung simultan mit der Messung der Kraftwechselwirkung betrieben werden kann. Dies spart nicht nur Messzeit, sondern schließt vor allem aus, dass sich zwischen den Messungen der Kraftwechselwirkung und der weiteren Messgrößen experimentelle Bedingungen ändern und die Ergebnisse verfälschen.This In particular, if at least one measuring device is simultaneous can be operated with the measurement of the force interaction. This saves Not only measuring time, but mainly excludes that between the measurements of the force interaction and the others Measurands experimental Change conditions and distort the results.

Beispielsweise kann der Detektor ein positionsempfindlicher optischer Detektor sein und hier insbesondere eine vierfach segmentierte Fotodiode. Dann kann ein Laserstrahl über die Sonde, die vorzugsweise als Cantilever ausgebildet ist, auf den Detektor reflektiert und zur Überwachung der Sondenbewegung in zwei unabhängigen Raumrichtungen genutzt werden. Die Kraftwechselwirkung kann über die Durchbiegung des Cantilevers gemessen werden. Eine solche Durchbiegung verschiebt den Ort, an dem der Laserstrahl auf dem Detektor auftrifft, in einer Raumrichtung. Bei korrekter Justage des Detektors verschiebt eine Verkippung zwischen Spitze und Probe, die eine Verkippung oder Torsion des Cantilevers bewirkt, den Auftreffpunkt in einer zu der ersten Raumrichtung senkrechten zweiten Raumrichtung. Mit einer vierfach segmentierten Fotodiode können derartige Verschiebungen als Intensitätsdifferenzen zwischen benachbarten Segmenten gemessen werden, sofern der Detektor derart justiert ist, dass in der Ruhelage beide benachbarten Segmente beleuchtet werden.For example For example, the detector may be a position sensitive optical detector and in particular a quadruple segmented photodiode. Then can a laser beam over the probe, which is preferably designed as a cantilever, on reflected the detector and to monitor the probe movement in two independent Spatial directions are used. The force interaction can over the Bending of the cantilever can be measured. Such a deflection shifts the location where the laser beam hits the detector, in a spatial direction. With correct adjustment of the detector shifts a tilt between tip and sample, which is a tilt or Torsion of the cantilever causes the impact point in one to the first Spatial direction vertical second spatial direction. With a quadruple segmented photodiode can such shifts as intensity differences between adjacent ones Segments are measured, if the detector is adjusted in such a way, that in the rest position both adjacent segments are illuminated.

Selbst wenn für die Bestimmung der Verkippung keine bisher noch nicht verwendete, linear unabhängige Raumrichtung auf dem Detektor zur Verfügung steht, kann das durch die Verkippung bewirkte Signal noch vom zur Kraftwechselwirkung oder zur Reibung gehörigen Signal getrennt werden. In der Regel sind sowohl das zur Kraftwechselwirkung als auch das zur Reibung gehörige Signal periodisch moduliert. Dagegen wird die Verkippung in der Regel durch das Anfahren topographischer Strukturen auf der Probe während des Rasterns bewirkt, ist also nicht moduliert. Das zur Verkippung gehörige Signal ist daher näherungsweise ein Gleichspannungsanteil, der leicht von den modulierten Anteilen abgetrennt werden kann.Even if no previously unused, linearly independent spatial direction is available on the detector for determining the tilt, the signal caused by the tilt can still be separated from the signal associated with the force interaction or the friction. As a rule, both the force interaction and the friction associated signal are periodically modulated. In contrast, the tilt is usually caused by the approach of topographical structures on the sample during the screening, so is not modulated. The signal associated with the tilt is therefore approximately a DC component which can be easily separated from the modulated components.

Vorteilhaft umfasst mindestens eine Messvorrichtung einen Transducer, der Sonde und Probe periodisch relativ zueinander bewegen vermag. Dieser kann insbesondere in die Scaneinheit integriert sein. Der Transducer moduliert die Reibung zwischen Spitze und Probe periodisch mit einer bestimmten Frequenz ω_R. Diese Zusatzinformation kann von der Messvorrichtung verwendet werden, um das von der Reibung abhängige Signal zu identifizieren. Hierzu ist vorteilhaft mindestens eine Messvorrichtung vorgesehen, die frequenzsensitiv ist.Advantageously, at least one measuring device comprises a transducer which is capable of periodically moving the probe and sample relative to one another. This can be integrated in particular in the scanning unit. The transducer periodically modulates the friction between the tip and the sample at a specific frequency ω _R. This additional information can be used by the measuring device to identify the friction-dependent signal. For this purpose, at least one measuring device is advantageously provided which is frequency-sensitive.

Vorteilhaft vermag mindestens eine Messvorrichtung ein Frequenzspektrum ihrer Messgröße aufzunehmen. Dies ist insbesondere für die Messung ferroelektrischer und ferroelastischer Eigenschaften nützlich. Bei der Messung der lokalen piezoelektrischen Antwort ist die lokale Ausdehnung des Materials normalerweise proportional zum über die Spitze angelegten lokalen elektrischen Feld. Ist die Probe ferroelektrisch, ist die Proportionalitätskonstante mit einer Hysterese behaftet. Ferroelastische Eigenschaften der Probe wirken sich ebenfalls in nichtlinearen Abweichungen von der Proportionalität zwischen Ausdehnung und lokalem Feld aus. Zum Studium dieser Eigenschaften ist es mindestens notwendig, auch auf mindestens einer anderen Frequenz als derjenigen Frequenz zu messen, mit der Sonde und Probe gegebenenfalls periodisch relativ zueinander bewegt werden.Advantageous At least one measuring device can generate a frequency spectrum of its Record measured quantity. This is especially for the measurement of ferroelectric and ferroelastic properties useful. When measuring the local piezoelectric response is the local Expansion of the material normally proportional to the over Lace laid out local electric field. If the sample is ferroelectric, is the proportionality constant afflicted with a hysteresis. Ferroelastic properties of Sample also affect in nonlinear deviations from the proportionality between extent and local field. To study these properties it is at least necessary, even on at least one other frequency to measure that frequency, with the probe and sample if necessary be moved periodically relative to each other.

Beispielsweise kann mindestens eine Messvorrichtung vorteilhaft einen Lock-In-Verstärker umfassen. Dann kann dieser aus einem von der Messvorrichtung bestimmten Rohsignal ein mit der Frequenz ω_R moduliertes Nutzsignal extrahieren, welches von der Reibung abhängt. Sofern für die Messung der Kraftwechselwirkung bereits eine Eigenschaft der Wechselwirkung zwischen Spitze und Probe mit einer Frequenz ω_K moduliert wird, kann der Lock-In-Verstärker auch ein mit der Summen- oder Differenzfrequenz ω_R ± ω_K moduliertes Nutzsignal extrahieren. Alternativ zu einem Lock-In-Verstärker kann eine Phase-Locked-Loop (PLL) vorgesehen sein.For example, at least one measuring device may advantageously comprise a lock-in amplifier. Then it can extract from a raw signal determined by the measuring device a useful signal modulated with the frequency ω _R , which depends on the friction. If a characteristic of the interaction between peak and sample is already modulated with a frequency ω _K for the measurement of the force interaction, the lock-in amplifier can also extract a useful signal modulated with the sum or difference frequency ω _R ± ω _K. As an alternative to a lock-in amplifier, a phase-locked loop (PLL) can be provided.

Idealerweise vermag mindestens eine Auswerteeinheit die Kraftwechselwirkung, und somit auch eine von ihr abhängige Messgröße, um die bestimmten Artefakte zu korrigieren. Dann ist das Endergebnis der Messung mit dem Mikroskop ein Bild, das die Abhängigkeit der Messgröße vom Ort auf der Probe wiedergibt. Diese Wiedergabe ist genauer als bei Rasterkraftmikroskopen nach dem Stand der Technik, insbesondere dann, wenn die wechselseitige Abhängigkeit der Messgröße von der Kraftwechselwirkung schwach ist.Ideally If at least one evaluation unit is capable of transmitting the force, and thus also a dependent on her Measured to the to correct certain artifacts. Then the end result is the Measuring with the microscope an image showing the dependence of the measurand on location on the sample. This reproduction is more accurate than atomic force microscopes according to the prior art, in particular when the reciprocal dependence the measurand of the Force interaction is weak.

Die Korrektur kann offline nach der eigentlichen Bildaufnahme erfolgen. Sofern die Auswerteeinheit schnell genug arbeitet, kann sie aber auch vorteilhaft online während der Messung erfolgen. Hierfür ist die Auswerteeinheit sinnvollerweise eine analogelektronische Schaltung. Sofern die Werte für die Kraftwechselwirkung mit einem Analog-Digital-Wandler aufgenommen werden, bietet eine analogelektronische Auswerteeinheit den zusätzlichen Vorteil, dass die volle Bitauflösung des Wandlers auf das bereits korrigierte Signal verwendet werden kann.The Correction can take place offline after the actual image acquisition. If the processor works fast enough, it can also beneficial online during the measurement. Therefor the evaluation unit is usefully an analogue electronic one Circuit. If the values for the Power interaction recorded with an analog-to-digital converter an analogue electronic evaluation unit offers the additional advantage that the full bit resolution of the converter can be used on the already corrected signal.

Die lokale piezoelektrische Antwort ist ein Beispiel für eine von der Kraftwechselwirkung abhängige Messgröße, die nur schwach mit der Kraftwechselwirkung korreliert ist. Bei einer derartigen Messung wird die Probe lokal piezoelektrisch angeregt, indem sie über die Spitze mit einem elektrischen Wechselfeld beaufschlagt wird. Das Wechselfeld bewirkt über den piezoelektrischen Effekt eine periodische, lokale Ausdehnung beziehungsweise Kontraktion der Probe. Diese wiederum ändert den Abstand zwischen Spitze und Probe und damit die Kraftwechselwirkung. Somit hängt letzten Endes die Kraftwechselwirkung zwischen Spitze und Probe von der lokalen piezoelektrischen Antwort ab, allerdings ist diese Abhängigkeit sehr schwach. Gemessen wird die Kraftwechselwir kung, indem der Spitze-Probe-Abstand über eine Regelschleife derart nachgeführt wird, dass die Kraft zwischen Spitze und Probe konstant gehalten wird.The local piezoelectric response is an example of one of the force interaction dependent Measurand, the only weakly correlated with the force interaction. At a In such measurement, the sample is locally excited piezoelectrically by she over the tip is subjected to an alternating electric field. The alternating field causes over the piezoelectric effect a periodic, local expansion or contraction of the sample. This in turn changes the Distance between tip and sample and thus the force interaction. Thus hangs ultimately, the force interaction between tip and sample from the local piezoelectric response, but this dependence very weak. The force is measured interaction by the tip-sample distance over a Regulating loop is tracked in such a way that the force between tip and sample is kept constant.

Hinzu kommt, dass die lokale piezoelektrische Antwort der Probe sich vorzugsweise an den Orten ändert, an denen sich durch topographische Strukturen oder auch Materialunterschiede sowohl die Reibung zwischen Spitze und Probe als auch die Verkippung zwischen Spitze und Probe ändern. Reibung und Verkippung bewirken auf dem Detektor ein um bis zu zwei Größenordnungen stärkeres Messsignal als die lokale piezoelektrische Antwort selbst. Zudem verändert eine Verkippung zwischen Spitze und Probe bei einer Detektion eines über einen Cantilever auf eine vierfach segmentierte Fotodiode reflektierten Laserstrahls die optische Verstärkung, also den Anstieg im Messsignal pro Einheit Kraftwechselwirkung beziehungsweise pro Einheit lokalen piezoelektrischen Effekts.in addition comes that the local piezoelectric response of the sample is preferable changes in the places where by topographical structures or material differences both the friction between tip and sample as well as the tilt change between tip and sample. Friction and tilt cause up to two detections on the detector orders of magnitude stronger Measurement signal as the local piezoelectric response itself. In addition changed a tilt between tip and sample when detecting one over one Cantilevers reflected on a four-segmented photodiode Laser beam the optical amplification, so the increase in the measurement signal per unit force interaction respectively per unit of local piezoelectric effect.

Claims

Atomic force microscope for examining a sample, comprising a probe with a tip, a scanning unit for relative positioning of tip and sample, a detector for measuring the force interaction between tip and sample and a measuring device for determining the friction between the tip and the sample, characterized by a first evaluation unit, which receives at least one further measured variable as an input in addition to the force interaction, for determining artifacts with which the force interaction is affected.

Atomic force microscope according to claim 1, characterized by a first evaluation unit, which determines the friction between the tip and sample is received as another measure.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 2, characterized by a further evaluation unit for determination a dependent of the force interaction measured variable from the Force interaction.

Atomic force microscope according to claim 3, characterized in that that the further evaluation unit the local piezoelectric response to determine.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 4, characterized by a measuring device for determining the Tilting between tip and sample.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 5, characterized by at least one measuring device, the Detector includes.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 6, characterized by at least one measuring device, the simultaneous can be operated with the measurement of the force interaction.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 7, characterized by comprising at least one measuring device a transducer, the probe and sample periodically relative to each other to move.

Atomic force microscope according to claim 8, characterized through a transducer integrated in the scan unit.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 9, characterized by at least one frequency-sensitive measuring device.

Atomic force microscope according to claim 10, characterized by at least one measuring device having a frequency spectrum record their measured value can.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 11, characterized by comprising at least one measuring device a lock-in amplifier.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 12, characterized by at least one evaluation unit, which the Force interaction to correct the specific artifacts.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 13, characterized by the piezoelectric response of the sample as measured variable dependent on the force interaction.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 14, characterized by a position sensitive optical Detector.

Atomic force microscope according to one of claims 1 to 15, characterized by a cantilever as a probe.