DE102018105756B3 - Cantilever for a scanning probe microscope and atomic force microscope - Google Patents

Cantilever for a scanning probe microscope and atomic force microscope Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kantilever (14) für ein Rastersondenmikroskop, insbesondere ein Rasterkraftmikroskop (10), mit (a) einem Grundkörper (20), der einen Rumpfabschnitt (44), der an einem freien Ende (E) einen Befestigungsabschnitt (46) zum Befestigen am Rastersondenmikroskop hat, und am gegenüberliegenden Ende einen Kopfabschnitt (32) aufweist, und (b) einer Spitze (34) zum Rastern eines Untersuchungsobjekts, die sich vom Kopfabschnitt (32) weg erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass (c) der Grundkörper (20) einen Halsabschnitt (42) aufweist, der sich an den Rumpfabschnitt (44) anschließt und an den sich der Kopfabschnitt (32) anschließt und der eine Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit hat und dass (d) die Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit höchstens einem Zehntel einer Rumpfabschnitt-Torsionssteifigkeit des Rumpfabschnitts (44) entspricht.

Figure DE102018105756B3_0000
The invention relates to a cantilever (14) for a scanning probe microscope, in particular an atomic force microscope (10), comprising (a) a base body (20) having a body portion (44) at a free end (E) an attachment portion (46) for Attaching to the scanning probe microscope, and at the opposite end has a head portion (32), and (b) a tip (34) for scanning an object to be examined, which extends away from the head portion (32). According to the invention, (c) the base body (20) has a neck portion (42) adjoining the body portion (44) and adjoining the head portion (32) and having a neck portion torsional rigidity and (i ) the neck portion torsional stiffness is at most one-tenth of a body portion torsional rigidity of the body portion (44).
Figure DE102018105756B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Kantilever für ein Rastersondenmikroskop, insbesondere ein Rasterkraftmikroskop, mit (a) einem Grundkörper, der einen Rumpfabschnitt, der an einem freien Ende einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen am Rastersondenmikroskop hat, und am anderen Ende einen Kopfabschnitt aufweist und (b) einer Spitze zum Rastern des Untersuchungsobjekts, das sich vom Kopfabschnitt weg erstreckt. Insbesondere handelt es sich bei dem Kantilever um einen Kantilever für ein Rasterkraftmikroskop.The invention relates to a cantilever for a scanning probe microscope, in particular an atomic force microscope, comprising (a) a base body having a body portion having a mounting portion for attachment to the scanning probe microscope at a free end and a head portion at the other end and (b) a tip for rasterizing the examination object extending away from the head portion. In particular, the cantilever is a cantilever for an atomic force microscope.

Derartige Kantilever werden verwendet, um in einem Rastersondenmikroskop, insbesondere einem Rasterkraftmikroskop, in Wechselwirkung mit einer Oberfläche des zu untersuchenden Objekts zu gelangen. Da die Objekte, die technisch hergestellt werden können, in den letzten Jahren beständig kleiner geworden sind, besteht der Wunsch, immer kleiner werdende Strukturen und Kräfte mittels eines Rasterkraftmikroskops zu erfassen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Messgenauigkeit bestehender Rasterkraftmikroskope umso kleiner wird, je dünner die Spitze des Kantilevers für die zu vermessenden Strukturen ist. Mit kleiner werdenden Strukturbreiten in der Nanotechnologie ist eine dünne Spitze zu bevorzugen.Such cantilevers are used to interact in a scanning probe microscope, in particular an atomic force microscope, with a surface of the object to be examined. Since the objects that can be manufactured technically have become steadily smaller in recent years, there is a desire to capture ever-smaller structures and forces by means of an atomic force microscope. However, it has been found that the measurement accuracy of existing atomic force microscopes becomes smaller the thinner the tip of the cantilever is for the structures to be measured. With smaller structure sizes in nanotechnology, a thin tip is preferable.

Aus der US 6,223,591 B1 ist ein Kantilever für ein Rastersondenmikroskop bekannt, der eine plattenartige Erweiterung aufweist, sodass eine Torsionsschwingung besonders einfach detektiert werden kann. Eine erleichterte seitliche Auslenkung und isotropes Steifigkeitsverhältnis, wie sie für die Nanometrologie notwendig ist, lässt sich damit nicht erreichen.From the US 6,223,591 B1 For example, a cantilever is known for a scanning probe microscope, which has a plate-like extension, so that a torsional vibration can be detected particularly easily. A facilitated lateral deflection and isotropic stiffness ratio, as it is necessary for the nanometrology, can not be achieved with it.

Aus der US 7,137,291 B2 ist ein Rastersondenmikroskop bekannt, dessen Ansteuereinheit ausgebildet ist zum Oszillieren des Kantilevers, sodass dieser in einer resonanten Mode schwingt, wobei Spitzen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden. Bei einem derartigen Kantilever weicht die Spitze seitlichen Kräften aus, dies führt aber zu einer starken Deformation der Spitze und zu einem geringen detektierbaren Signal.From the US 7,137,291 B2 For example, a scanning probe microscope is known, the drive unit of which is designed to oscillate the cantilever so that it oscillates in a resonant fashion using carbon nanotube tips. In such a cantilever, the tip deviates from lateral forces, but this leads to a strong deformation of the tip and a low detectable signal.

Aus der US 2008/0087820 A1 ist ein Kantilever bekannt, der zwei seitliche Einkerbungen aufweist, um die Torsionssteifigkeit herabzusetzen. Zudem wird über eine Regelung sichergestellt, dass die Torsion nicht zu große Werte annimmt.From the US 2008/0087820 A1 For example, a cantilever is known that has two lateral notches to reduce torsional stiffness. In addition, a regulation ensures that the torsion does not assume too large values.

Aus der US 2011/0041224 A1 ist ein Kantilever bekannt, der zwischen dem Grundkörper und dem Kopfabschnitt eine klappenförmige Struktur aufweist, die über dünne Stege jeweils mit dem Grundkörper und dem Kopfabschnitt verbunden ist. Das senkt die Torsionssteifigkeit nur um einen kleinen Betrag, hat aber den Vorteil, dass von der Bewegung dieses Abschnitts auf die Bewegung der Spitze geschlossen werden kann.From the US 2011/0041224 A1 is known a cantilever, which has a flap-like structure between the base body and the head portion, which is connected via thin webs respectively with the base body and the head portion. This lowers the torsional rigidity only a small amount, but has the advantage that it can be deduced from the movement of this section on the movement of the tip.

Aus der US 2008/0128385 A1 ist ein Kantilever bekannt, der eine Ausnehmung quer zur Längsrichtung aufweist, sodass die Biegesteifigkeit herabgesetzt ist. Die Ausnehmung führt zudem zu einer geringfügigen Herabsetzung der Torsionssteifigkeit. Ein solcher Kantilever ist für nanostrukturierte Oberflächen nur bedingt geeignet.From the US 2008/0128385 A1 is known a cantilever, which has a recess transverse to the longitudinal direction, so that the flexural rigidity is reduced. The recess also leads to a slight reduction in torsional rigidity. Such a cantilever is only partially suitable for nanostructured surfaces.

Aus der Veröffentlichung „Microfabricated torsion levers optimized for low force and high-frequency operation in fluids“ von Beyder und Sachs, Ultramicroscopy 106 (2006) 838-846 ist ein Kantilever bekannt, bei dem ein Tastkopf zwischen einer stimmengabelförmigen Struktur hängt.From the publication "Microfabricated torsion levers optimized for low force and high-frequency operation in fluids" by Beyder and Sachs, Ultramicroscopy 106 (2006) 838-846 discloses a cantilever in which a probe hangs between a tuning fork-shaped structure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.The invention is based on the object to reduce disadvantages in the prior art.

Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Kantilever, bei dem der Grundkörper einen Halsabschnitt aufweist, der sich an den Rumpfabschnitt anschließt und an dem sich der Kopfabschnitt anschließt und der eine Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit hat, wobei diese Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit höchstens einem Zehntel einer Rumpfabschnitt-Torsionssteifigkeit des Rumpfabschnitts entspricht.The invention solves the problem by a generic cantilever in which the main body has a neck portion adjoining the body portion and adjoining the head portion and having a neck portion torsional stiffness, said neck portion torsional stiffness being at most one tenth of a body portion torsional stiffness. Torsional stiffness of the fuselage section corresponds.

In anderen Worten besitzt der Grundkörper mit dem Halsabschnitt eine Schwächung, die die Torsionssteifigkeit herabsetzt. Die Spitze kann daher im Vergleich zu bekannten Kantilevern deutlich leichter seitlich ausgelenkt werden.In other words, the main body with the neck portion has a weakening, which reduces the torsional stiffness. The tip can therefore be deflected much easier laterally compared to known Kantilevern.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass es besonders günstig ist, wenn die Spitze in einer Richtung zurückweicht, die möglichst gut der Normalenrichtung auf die Oberfläche des Prüflings am Antastpunkt entspricht. Bei bekannten Kantilevern ist die Torsionssteifigkeit des Kantilevers sehr hoch im Vergleich zur Biegesteifigkeit. Das führt dazu, dass die Spitze in eine von der Normalenrichtung abweichende Richtung gedrückt wird, wenn sie in Normalenrichtungen in Kontakt mit der zu vermessenden Oberfläche kommt. Dies führt zur Fehlinterpretation der gemessenen Kontur. Kommt die Spitze beispielsweise unter einem 45°-Winkel in Kontakt mit der zu untersuchenden Oberfläche, so kann die Spitze seitwärts kaum ausweichen. Kommt die Spitze beispielsweise unter einem 90°-Winkel in Kontakt mit der zu untersuchenden Oberfläche, so kann nur ein sehr geringes Torsionssignal detektiert werden, da die Biegesteifigkeit der weichen Spitze viel kleiner als die Torsionssteifigkeit des Kantilevers ist. Eine Auslenkung findet so maßgeblich im Bereich der Spitze, durch verbiegen dieser, statt. Dies ist nicht detektierbar und führt zu Messfehlern. Bei dem erfindungsgemäßen Kantilever hingegen ist die Torsionssteifigkeit so klein, dass der Kopfabschnitt sich verdrehen kann und ein ausreichendes Torsionssignal detektiert werden kann. Zudem führt die Position des Halsabschnitts nahe der Spitze zu einem größeren Biegewinkel pro Auslenkung der Spitze. Diese Verbesserungen führen zu größeren Messsignalen und zu einem geringeren Messfehler.The invention is based on the finding that it is particularly favorable when the tip recedes in a direction which corresponds as well as possible to the normal direction on the surface of the test object at the touch point. In known cantilevers, the torsional stiffness of the cantilever is very high in comparison to the flexural rigidity. This causes the tip to be pushed in a direction deviating from the normal direction when it comes into contact with the surface to be measured in normal directions. This leads to the misinterpretation of the measured contour. For example, if the tip comes into contact with the surface to be examined at a 45 ° angle, the tip can hardly move sideways. For example, if the tip comes in contact with the surface to be examined at a 90 ° angle, only a very small torsional signal can be detected, since the bending stiffness of the soft tip is much smaller than the torsional rigidity of the cantilever. A deflection is so significant in the field of Tip, by bending this, instead. This is not detectable and leads to measurement errors. By contrast, in the case of the cantilever according to the invention, the torsional stiffness is so small that the head section can twist and a sufficient torsion signal can be detected. In addition, the position of the neck portion near the tip results in a greater bending angle per deflection of the tip. These improvements result in larger measurement signals and a lower measurement error.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Grundkörper derjenige Teil des Kantilevers verstanden, der nicht zur Spitze gehört. In anderen Worten ist der Kantilever zusammengesetzt aus dem Grundkörper und der Spitze. Die Spitze ist derjenige Abschnitt des Kantilevers, dessen freies Ende zum Wechselwirken mit der Oberfläche des Prüflings ausgebildet ist.In the context of the present description, the basic body is understood as meaning that part of the cantilever which does not belong to the apex. In other words, the cantilever is composed of the main body and the tip. The tip is that portion of the cantilever whose free end is adapted to interact with the surface of the specimen.

Unter dem Merkmal, dass ein Rumpfabschnitt, ein Kopfabschnitt und der Halsabschnitt existieren, wird insbesondere verstanden, dass zumindest drei unterscheidbare Abschnitte existieren, bei denen das angegebene Kriterium zur Torsionssteifigkeit erfüllt ist. In anderen Worten ist es möglich, nicht aber notwendig, dass die entsprechenden Abschnitte bereits dadurch sichtbar werden, dass sie sich in ihren Querschnitten oder Materialien voneinander unterscheiden.By the feature that a body portion, a head portion and the neck portion exist, it is specifically understood that at least three distinguishable portions exist in which the specified criterion of torsional rigidity is satisfied. In other words, it is possible, but not necessary, for the corresponding sections to be already visible by being different in their cross-sections or materials.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit höchstens einem Zehntel einer Kopfabschnitt-Torsionssteifigkeit des Kopfes oder Rumpfabschnitt-Torsionssteifigkeit des Rumpfes. In diesem Fall existieren zwei torsionssteife Abschnitte, nämlich der Rumpfabschnitt und der Kopfabschnitt, die von einem torsionsweichen Halsabschnitt miteinander verbunden sind. Insbesondere geht der Rumpfabschnitt direkt in den Halsabschnitt über und der Halsabschnitt geht unmittelbar in den Kopfabschnitt über. Allerdings ist es auch denkbar, dass der Kantilever zwei oder mehr Halsabschnitte aufweist. Maßgeblich ist lediglich, dass die drei genannten Abschnitte, mit Ausnahme des Rumpfabschnitts zumindest einmal existieren. Besonders günstig ist es jedoch, wenn genau ein Kopfabschnitt, genau ein Halsabschnitt und genau ein Rumpfabschnitt existieren.According to a preferred embodiment, the neck portion torsional rigidity corresponds to at most one tenth of the head portion torsional rigidity of the head or torso portion torsional rigidity of the trunk. In this case, there are two torsionally rigid portions, namely the body portion and the head portion, which are connected by a torsionally soft neck portion. In particular, the body portion passes directly into the neck portion and the neck portion immediately merges into the head portion. However, it is also conceivable that the cantilever has two or more neck sections. All that matters is that the three sections, with the exception of the fuselage section, exist at least once. However, it is particularly favorable if exactly one head section, exactly one neck section and exactly one body section exist.

Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass sich die Spitze entlang einer z-Richtung vom Kopfabschnitt weg erstreckt und dass sich der Rumpfabschnitt entlang einer y-Richtung erstreckt. Die x-Richtung ergibt sich aus diesen Festlegungen dadurch, dass das entstehende Koordinatensystem ein Rechtssystem ist.In the following, it is assumed that the tip extends along a z-direction away from the head portion and that the body portion extends along a y-direction. The x-direction results from these definitions in that the resulting coordinate system is a legal system.

In diesem Koordinatensystem kann die inverse Steifigkeit des Kantilevers bezüglich einer Bewegung der Spitze relativ zum Befestigungsabschnitt durch eine Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix C beschrieben werden. Die inverse Steifigkeit der Spitze bezüglich einer Bewegung der Spitze relativ zum Kopf kann durch eine Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix Cs beschrieben werden. Die inverse Steifigkeit des Kopfabschnitts bezüglich einer Bewegung des Kopfabschnitts relativ zum Befestigungsabschnitt ist durch eine Kopf-Inverssteifigkeitsmatrix Cc beschreibbar.In this coordinate system, the inverse stiffness of the cantilever may be related to movement of the tip relative to the attachment portion through an overall inverse stiffness matrix C to be discribed. The inverse stiffness of the tip with respect to movement of the tip relative to the head may be due to a tip inverse stiffness matrix C s to be discribed. The inverse stiffness of the head portion with respect to movement of the head portion relative to the attachment portion is due to a head inverse stiffness matrix C c writable.

Ein erstes Spitzensteifigkeitsverhältnis in Form eines Quotienten aus dem ersten Diagonalelement cs11 der Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix Cs als Zähler und dem ersten Diagonalelement cc11 der Kopf-Inverssteifigkeitsmatrix Cc als Nenner beträgt höchstens 50, vorzugsweise höchstens 20. In anderen Worten ist die inverse Steifigkeit des Kopfes bezüglich einer Bewegung relativ zum Befestigungsabschnitt deutlich torsionsweicher als bei herkömmlichen Kantilevern. Das ermöglicht es dem Kopfabschnitt auf eine Kraft an der Spitze mit einer erhöhten Auslenkung zu reagieren, wobei diese Auslenkbewegung nachgewiesen werden kann.A first peak stiffness ratio in the form of a quotient of the first diagonal element c s11 the peak inverse stiffness matrix C s as a counter and the first diagonal element c c11 the head inverse stiffness matrix C c denominator is at most 50, preferably at most 20. In other words, the inverse stiffness of the head with respect to a movement relative to the attachment portion is significantly torsionsweicher than conventional Kantilevern. This allows the head portion to respond to a force at the tip with increased deflection, which deflection motion can be detected.

Vorzugsweise beträgt ein zweiter Spitzensteifigkeitswert in Form eines Quotienten aus dem zweiten Diagonalelement cs22 der Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix Cs als Zähler und dem zweiten Diagonalelement cc22 der Kopf-Inverssteifigkeitsmatrix Cc als Nenner höchstens 50, vorzugsweise höchstens 20.Preferably, a second peak stiffness value is in the form of a quotient of the second diagonal element c s22 the peak inverse stiffness matrix C s as counter and the second diagonal element c c22 the head inverse stiffness matrix C c as denominator not more than 50, preferably not more than 20.

Günstig ist es, wenn ein erster Quer-Inverssteifigkeitswert I11 in Form eines Quotienten aus dem ersten Diagonalelement c11 der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix C als Zähler und dem dritten Diagonalelement c33 von C als Nenner höchstens 4 oder zumindest 0,25 beträgt. Alternativ und zusätzlich beträgt ein zweiter Quer-Inverssteifigkeitswert I22 in Form des Quotienten aus dem zweiten Diagonalelement c22 als Zähler und dem dritten Diagonalelement c33 der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix C als Nenner höchstens 4 oder zumindest 0,25. Auf diese Weise ergibt sich eine im Vergleich zu Kantilevern aus dem Stand der Technik hohe Isotropie der Steifigkeiten bei verbesserter Messsensitivität, was die oben diskutierten Vorteile hat.It is favorable if a first transverse inverse stiffness value I 11 in the form of a quotient of the first diagonal element c 11 the total inverse stiffness matrix C as a counter and the third diagonal element c 33 of C as denominator is at most 4 or at least 0.25. Alternatively and additionally, there is a second transverse inverse stiffness value I 22 in the form of the quotient of the second diagonal element c 22 as a counter and the third diagonal element c 33 the total inverse stiffness matrix C as denominator at most 4 or at least 0.25. In this way, a high isotropy of the stiffnesses with improved measuring sensitivity results in comparison to Kantilevern from the prior art, which has the advantages discussed above.

Die Nicht-Diagonalelemente der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix C betragen vorzugsweise höchstens das 4-fache des dritten Diagonalelementes c33 dieser Matrix. Vorzugsweise sind zumindest zwei, insbesondere vier, vorzugsweise sechs der Nicht-Diagonalelemente gleich null. Günstig ist es, wenn die Nicht-Diagonalelemente der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix C höchstens das 1-fache des dritten Diagonalelementes c33 dieser Matrix betragen. Dies verringert ein Übersprechen.The non-diagonal elements of the total inverse stiffness matrix C are preferably at most 4 times the third diagonal element c 33 this matrix. Preferably, at least two, in particular four, preferably six of the non-diagonal elements are equal to zero. It is favorable if the non-diagonal elements of the total inverse stiffness matrix C are at most 1 times the third diagonal element c 33 amount of this matrix. This reduces crosstalk.

Die Masse des Kopfabschnitts und der Spitze sowie die Halsabschnitt-Biegesteifigkeit und Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit sind vorzugsweise so gewählt, dass eine erste Eigenfrequenz des Kantilevers zumindest 1000 Hertz beträgt. Ist die erste Eigenfrequenz zu klein, muss die Masse des Kopfabschnitts verringert werden. Alternativ kann die Biegesteifigkeit und/oder die Torsionssteifigkeit erhöht werden, sofern die oben angegebene Forderung an das Verhältnis der Torsions-Steifigkeiten zwischen Halsabschnitt und den übrigen Abschnitten gewahrt bleibt. The mass of the head portion and the tip, and the neck portion bending stiffness and neck portion torsional stiffness are preferably selected such that a first natural frequency of the cantilever is at least 1000 hertz. If the first natural frequency is too small, the mass of the head section must be reduced. Alternatively, flexural stiffness and / or torsional rigidity may be increased as long as the above requirement for the ratio of torsional stiffnesses between the neck portion and the remaining portions is maintained.

Eine nominelle inverse Steifigkeit liegt vorzugsweise zwischen 100 m/N und 0,01 m/N.A nominal inverse stiffness is preferably between 100 m / N and 0.01 m / N.

Vorzugsweise ist die Spitze aufgeweitet. Eine aufgeweitete Spitze ist unter dem Begriff „flared tip“ bekannt. Eine aufgeweitete Spitze bedeutet, dass das freie Ende der Spitze einen größeren Durchmesser hat als beabstandet vom freien Ende. Derartige Tastspitzen sind besonders dann vorteilhaft, wenn auch seitlich angetastet werden soll. In diesem Fall ist die verminderte Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Kantilevers besonders vorteilhaft.Preferably, the tip is widened. A flared tip is known by the term "flared tip". A flared tip means that the free end of the tip has a larger diameter than spaced from the free end. Such probe tips are particularly advantageous when it should also be touched on the side. In this case, the reduced torsional rigidity of the cantilever according to the invention is particularly advantageous.

Erfindungsgemäß ist zudem ein Rasterkraftmikroskop mit einer Befestigungsvorrichtung und einem erfindungsgemäßen Kantilever, der an seinem Befestigungsabschnitt mittels der Befestigungsvorrichtung befestigt ist.According to the invention, an atomic force microscope with a fastening device and a cantilever according to the invention, which is attached to its attachment portion by means of the fastening device.

Ein derartiges Rasterkraftmikroskop besitzt vorzugsweise einen ersten Antrieb und einen zweiten Antrieb sowie eine Ansteuereinheit, die ausgebildet ist zum Ansteuern der Antriebe. Vorzugsweise ist die Ansteuereinheit so ausgebildet, dass die Spitze in einer ersten Oszillationsrichtung und einer zweiten Oszillationsrichtung bewegbar ist, wobei die zweite Oszillationsrichtung quer zur ersten Oszillationsrichtung verläuft. Besonders günstig ist es, wenn die Antriebe und die Ansteuereinheit ausgebildet sind zum Bewegen des Kopfabschnitts in einer Dreh-Oszillationsbewegung relativ zum Rumpfabschnitt und/ oder Befestigungsabschnitt. Bevorzugt sind die Antriebe und die Ansteuereinheit so ausgebildet, dass der Halsabschnitt eine Torsionsschwingung ausführt.Such an atomic force microscope preferably has a first drive and a second drive and a drive unit which is designed to drive the drives. Preferably, the drive unit is configured so that the tip is movable in a first oscillation direction and a second oscillation direction, wherein the second oscillation direction is transverse to the first oscillation direction. It is particularly favorable if the drives and the drive unit are designed to move the head section in a rotational oscillation movement relative to the body section and / or attachment section. Preferably, the drives and the drive unit are designed so that the neck portion performs a torsional vibration.

Das Rasterkraftmikroskop umfasst vorzugsweise zudem eine Detektionseinheit zum Erfassen einer zumindest zweidimensionalen, vorzugsweise dreidimensionalen Auslenkung des Kopfabschnitts relativ zum Rumpfabschnitt.The atomic force microscope preferably also includes a detection unit for detecting an at least two-dimensional, preferably three-dimensional deflection of the head portion relative to the body portion.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1a eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Rasterkraftmikroskops,
  • 1b ein Kräftediagramm zur Erläuterung der Kräfte, die auf die Spitze beim Kontakt mit einer Oberfläche des zu untersuchenden Objekts wirken,
  • 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kantilevers, der an einer Befestigungsvorrichtung des Rasterkraftmikroskops gemäß 1 befestigt ist,
  • 3 in den 3a bis 3d weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kantilever und
  • 4 in den 4a bis 4c weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kantilever und
  • 5 in den 5a bis 5b weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kantilever.
In the following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows
  • 1a a three-dimensional view of an atomic force microscope according to the invention,
  • 1b a force diagram for explaining the forces acting on the tip when in contact with a surface of the object to be examined,
  • 2 a first embodiment of a cantilever according to the invention, the at a mounting device of the atomic force microscope according to 1 is attached,
  • 3 in the 3a to 3d Further embodiments of cantilevers according to the invention and
  • 4 in the 4a to 4c Further embodiments of cantilevers according to the invention and
  • 5 in the 5a to 5b Further embodiments of cantilever according to the invention.

1a zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rasterkraftmikroskops 10, das eine schematisch eingezeichnete Befestigungsvorrichtung 12, mittels der ein Kantilever 14 befestigt ist. 1a shows a schematic view of an atomic force microscope according to the invention 10 , which is a schematically drawn fastening device 12 , by means of a cantilever 14 is attached.

Das Rasterkraftmikroskop 10 umfasst eine Ansteuereinheit 16, die mit einem ersten Antrieb 18.1 und einem zweiten Antrieb 18.2 verbunden ist. Im vorliegenden Fall sind die Antriebe 18.1, 18.2 als Piezoelemente ausgebildet, die mit einem Grundkörper 20 des Kantilevers 14 verbunden sind. Es ist aber auch möglich, dass die Antriebe 18.1, 18.2 und gegebenenfalls weitere vorhandene Antriebe möglich sind, sowie Antriebe die lediglich in mechanischen Kontakt mit dem Kantilever 14 stehen und nicht, wie im vorliegenden Fall, der eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, fest mit dem Kantilever 14 verbunden sind.The atomic force microscope 10 includes a drive unit 16 that with a first drive 18.1 and a second drive 18.2 connected is. In the present case are the drives 18.1 . 18.2 designed as piezoelectric elements, with a base body 20 of the cantilever 14 are connected. But it is also possible that the drives 18.1 . 18.2 and possibly other existing drives are possible, as well as drives only in mechanical contact with the cantilever 14 and not, as in the present case, which is a preferred embodiment, fixed to the cantilever 14 are connected.

Das Rasterkraftmikroskop 10 besitzt zudem einen Positionsmesser 22, der eine Lichtquelle 24, beispielsweise in Form einer Laserdiode, und einem Detektor 26 umfasst. Die Lichtquelle 24 sendet einen Lichtstrahl 28 aus, der, beispielsweise mittels einer Optik 30, auf einen Kopfabschnitt 32 des Kantilevers 14 gerichtet wird. Bewegt sich eine Spitze 34 des Kantilevers 14, so bewegt sich der Kopfabschnitt 32 entsprechend. Der Lichtstrahl 28 wird am Kopfabschnitt 32 reflektiert, sodass ein reflektierter Lichtstrahl 28' entsteht, der auf den Detektor 26 fällt. Aus der Position des reflektierten Lichtstrahls 28' auf den Detektor 26 kann auf die Position der Spitze 34 in einem vorgegebenen Koordinatensystem geschlossen werden. Weitere Auslesetechniken, beispielweise interferometrisch, piezoelektrisch oder andere, sind denkbar.The atomic force microscope 10 also has a position indicator 22 that is a light source 24 , for example in the form of a laser diode, and a detector 26 includes. The light source 24 sends a beam of light 28 from, the, for example by means of an optics 30 , on a head section 32 of the cantilever 14 is directed. Moves a tip 34 of the cantilever 14 , so moves the head section 32 corresponding. The light beam 28 is at the head section 32 reflected, so that a reflected light beam 28 ' arises on the detector 26 falls. From the position of the reflected light beam 28 ' on the detector 26 can on the position of the top 34 be closed in a given coordinate system. Other readout techniques, for example interferometric, piezoelectric or other, are conceivable.

Die Spitze 34 ist zum Abtasten einer Oberfläche 36 eines Prüflings 38 ausgebildet. Der Prüfling 38 ist auf einem x-y-Tisch 40 angeordnet und kann von diesem zumindest in x- und y-Richtung bewegt werden. Es ist zudem möglich, dass der x-y-Tisch 40 in z-Richtung verfahrbar ist.The summit 34 is for scanning a surface 36 of a test object 38 educated. The examinee 38 is on one xy table 40 arranged and can be moved by this at least in the x and y direction. It is also possible that the xy table 40 in the z-direction is movable.

Die Ansteuereinheit 16 ist mit dem Antrieb 18.1, 18.2 sowie mit dem Detektor 26 verbunden. Die Art der Ansteuerung der Antriebe 18.1, 18.2 ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird daher nicht weiter erläutert. The drive unit 16 is with the drive 18.1 . 18.2 as well as with the detector 26 connected. The type of control of the drives 18.1 . 18.2 is known from the prior art and is therefore not further explained.

1b zeigt schematisch die Kräfte, die auf die Spitze 34 beim Antasten der Oberfläche 36 wirken. Es ist zu erkennen, dass eine Horizontalkraftkomponente FH aus der Antastkraft FSpitze entsteht. Diese kann zusammen mit einer in normaler Richtung wirkenden zu einem Stick-Slip-Effekt führen, der die Messergebnisse verfälscht, beispielsweise indem die resultierende Auslenkung Δ s

Figure DE102018105756B3_0001
(vgl. Formel 1) nicht in Richtung der Kraftspitze F
Figure DE102018105756B3_0002
verläuft. 1b shows schematically the forces acting on the tip 34 when touching the surface 36 Act. It can be seen that a horizontal force component F H from the probing force F top arises. This, together with a normally acting one, can lead to a stick-slip effect that falsifies the measurement results, for example by the resulting deflection Δ s
Figure DE102018105756B3_0001
(see formula 1) not in the direction of the force peak F
Figure DE102018105756B3_0002
runs.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kantilever mit einem Grundkörper, der neben dem Kopfabschnitt 32 einen Halsabschnitt 42 und einen Rumpfabschnitt 44 hat. Der Rumpfabschnitt besitzt an seinem freien Ende E, also an dem Ende, der dem Halsabschnitt 42 gegenüberliegt, einen Befestigungsabschnitt 46, mit dem er an einem Rasterkraftmikroskop befestigt werden kann. Am Kopfabschnitt 32 ist die Spitze 34 angeordnet, die im vorliegenden Fall aufgeweitet ist. Eine derartige Spitze wird im Englischen als „flared tip“ bezeichnet. 2 shows a cantilever according to the invention with a main body, in addition to the head portion 32 a neck section 42 and a body section 44 Has. The body section has at its free end e that is, at the end, the neck portion 42 opposite, a mounting portion 46 with which it can be attached to an atomic force microscope. At the head section 32 is the top 34 arranged, which is widened in the present case. Such a tip is referred to in English as "flared tip".

Wirkt auf die Spitze 34 die Antastkraft FSpitze so kommt es zu einer elastischen Deformation des gesamten Kantilevers 14.Acts on the top 34 the probing force F top This leads to an elastic deformation of the entire cantilever 14 ,

Eine Bewegung der Spitze 34 relativ zum Befestigungsabschnitt des Kantilevers 14 wird durch die Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix C Δ s = ( Δ x Δ y Δ z ) = ( c 11 c 12 c 13 c 21 c 22 c 23 c 31 c 32 c 33 ) ( Δ F x Δ F y Δ F z ) = C Δ F

Figure DE102018105756B3_0003
beschrieben. Es gilt Δ F = C 1 Δ s = : K Δ s
Figure DE102018105756B3_0004
A movement of the top 34 relative to the attachment portion of the cantilever 14 is determined by the total inverse stiffness matrix C Δ s = ( Δ x Δ y Δ z ) = ( c 11 c 12 c 13 c 21 c 22 c 23 c 31 c 32 c 33 ) ( Δ F x Δ F y Δ F z ) = C Δ F
Figure DE102018105756B3_0003
described. It applies Δ F = C - 1 Δ s = : K Δ s
Figure DE102018105756B3_0004

K ist die Inverse der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix C und heißt Steifigkeitsmatrix.K is the inverse of the total inverse stiffness matrix C and is called the stiffness matrix.

Eine Bewegung der Spitze relativ zum Kopfabschnitt 32 wird durch eine Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix Cs C S = ( c s ,11 c s ,12 c s ,13 c s ,21 c s ,22 c s ,23 c s ,31 c s ,32 c s ,33 )

Figure DE102018105756B3_0005
beschrieben.A movement of the tip relative to the head section 32 is through a peak inverse stiffness matrix C s C S = ( c s , 11 c s 12 c s 13 c s , 21 c s , 22 c s , 23 c s , 31 c s , 32 c s , 33 )
Figure DE102018105756B3_0005
described.

Eine Bewegung des Kopfabschnitts 32 relativ zum Befestigungsabschnitt 46 wird durch eine Kopf-Inverssteifigkeitsmatrix Cc C C = ( c c ,11 c c ,12 c c ,13 c c ,21 c c ,22 c c ,23 c c ,31 c c ,32 c c ,33 )

Figure DE102018105756B3_0006
beschrieben, (C =Cc + Cs).A movement of the head section 32 relative to the attachment section 46 is determined by a head inverse stiffness matrix C c C C = ( c c , 11 c c 12 c c 13 c c , 21 c c , 22 c c , 23 c c , 31 c c , 32 c c , 33 )
Figure DE102018105756B3_0006
described, (C = C c + C s ).

Eine Masse m32 des Kopfes beträgt zwischen m32 = 0,5 Picogramm bis 100 Mikrogramm. Eine Länge Lges beträgt zwischen 4 Mikrometern und 300 Mikrometern, Leff beträgt zwischen 4 Mikrometern und 300 Mikrometern. Eine Breite w44 des Rumpfabschnitts 44 liegt vorzugsweise zwischen 2 Mikrometern und 200 Mikrometern, eine Breite w42 des Halsabschnitts 42 beträgt, was eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, höchstens ein Zehntel der Breite w44 des Rumpfabschnitts und liegt im vorliegenden Fall zwischen 0,03 Mikrometern und 10 Mikrometern.A mass m 32 of the head is between m 32 = 0.5 picogram to 100 micrograms. A length L ges is between 4 microns and 300 microns, L eff is between 4 microns and 300 microns. A width w 44 of the fuselage section 44 is preferably between 2 microns and 200 microns, a width 42 of the neck section 42 which is a preferred embodiment, is at most one tenth of the width w 44 of the fuselage section and is in this case between 0.03 microns and 10 microns.

Eine Dicke t44 des Rumpfabschnitts liegt zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern, eine Dicke t42 des Halses liegt zwischen 0,01 Mikrometern oder 10 Mikrometern.A thickness t 44 of the fuselage section is between 0.01 microns and 10 microns, a thickness 42 of the neck is between 0.01 microns or 10 microns.

Es hat sich herausgestellt, dass eine Halslänge L42 = L1-L2 0,1 Mikrometer bis 60 Mikrometer beträgt. Eine Länge L32 des Kopfabschnitts beträgt vorzugsweise zumindest das Dreifache der Halslänge L42 und liegt im vorliegenden Fall zwischen 2 Mikrometern und 200 Mikrometern. Eine Breite w32 des Kopfes beträgt 2 Mikrometer bis 200 Mikrometer, ein mittlerer nomineller Durchmesser der Spitze 34 liegt zwischen 3 Nanometer und 5 Mikrometer. Eine Spitzenlänge L34 liegt zwischen 0,01 Mikrometern und 300 Mikrometern. Der Kopfabschnitt 32 kann einen Vorsprung 48 aufweisen, sodass die Spitze 34 an ihrem freien Ende einen Abstand von Ltip = 0,5 Mikrometer bis 350 Mikrometer haben kann.It has been found that a neck length L 42 = L 1 -L 2 is 0.1 microns to 60 microns. A length L 32 the head portion is preferably at least three times the neck length L 42 and in the present case is between 2 microns and 200 microns. A width w 32 of the head is 2 microns to 200 microns, a mean nominal diameter of the tip 34 is between 3 nanometers and 5 microns. A top length L 34 is between 0.01 microns and 300 microns. The head section 32 can take a lead 48 have, so the top 34 at its free end may have a distance of L tip = 0.5 microns to 350 microns.

Beispielsweise ist der Kantilever 14 ausgebildet zum Aufnehmen einer Kraft bis 100 Nanonewton, wobei Kräfte im Bereich zwischen 1 und 10 Nanonewton mit einer relativen Genauigkeit von 5 % gemessen werden können.For example, the cantilever 14 designed to absorb a force up to 100 nanoneewton, whereby forces in the range between 1 and 10 nanoneewton can be measured with a relative accuracy of 5%.

Eine Eigenfrequenz des Kantilevers, d. h. die Frequenz, mit der er in seiner Grundmode schwingt, liegt oberhalb von einem Kilohertz, beispielsweise bei 1,5 Kilohertz.A natural frequency of the cantilever, d. H. the frequency with which it oscillates in its fundamental mode is above one kilohertz, for example at 1.5 kilohertz.

Aus der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix C und der Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix Cs sowie der Kopf-Inverssteifigkeitsmatrix Cc ergeben sich die folgenden Kennwerte. Ein erstes Spitzensteifigkeitsverhältnis Is11= cs,11/ cc,11 beträgt Is1 = 5. Die Quer-Inverssteifigkeitswerte betragen im vorliegenden Fall I11 = 1,2 und I22= 1,5, wobei die cs,11 = cs,22 ist. Die Nicht-Diagonalelemente c12 , c13 , c21 , c31 sind im vorliegenden Fall allesamt kleiner als ein zwanzigstel von c33 , wobei c23 und c32 kleiner als das 0,65-fache des dritten Diagonalelementes c33 sind.From the total inverse stiffness matrix C and the peak inverse stiffness matrix C s and the head inverse stiffness matrix C c the following characteristic values result. A first peak stiffness ratio I s11 = c s, 11 / c c, 11 is I s1 = 5. The transverse inverse stiffness values are in the present case I 11 = 1.2 and I 22 = 1.5, where the c s, 11 = c s, is 22 . The non-diagonal elements c 12 . c 13 . c 21 . c 31 are in the present case all less than a twentieth of c 33 , in which c 23 and c 32 less than 0.65 times the third diagonal element c 33 are.

3a zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kantilevers 14, bei dem die Spitze 34 nicht aufgeweitet ist. 3a shows a second embodiment of a cantilever according to the invention 14 in which the top 34 not expanded.

3b zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kantilevers 14, bei dem der Halsabschnitt durch zwei Einschnitte 50.1, 50.2 gebildet wird. 3b shows a second embodiment of a cantilever according to the invention 14 in which the neck section through two incisions 50.1 . 50.2 is formed.

3c zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kantilevers, bei dem der Halsabschnitt 42 wie in der Ausführungsform gemäß 3a durch einen dünnen Steg gebildet ist, wobei der Steg bei der Ausführungsform gemäß 3c bikonkav ausgebildet ist. 3c shows a further embodiment of a cantilever according to the invention, in which the neck portion 42 as in the embodiment according to 3a is formed by a thin web, wherein the web in the embodiment according to 3c biconcave is formed.

3d zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kantilevers 14 mit mehr als einem Halsabschnitt (42). 3d shows a further embodiment of a cantilever according to the invention 14 with more than one neck section ( 42 ).

4a zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der wie in 3b der Kopfabschnitt 42 durch Einschnitte 50.1, 50.2 definiert ist. 4a shows a further embodiment in which, as in 3b the head section 42 through cuts 50.1 . 50.2 is defined.

4 zeigt in 4a einen erfindungsgemäßen Kantilever 14, bei dem Halsabschnitt 42 durch einen Bereich deutlich verminderter Dicken gebildet ist. Einschnitte 50.1, 50.2 bewirken, dass lediglich der Halsabschnitt 42 mit der verminderten Dicke die Verbindung zwischen dem Kopfabschnitt 32 mit dem Rumpfabschnitt 44 bildet. 4 shows in 4a a cantilever according to the invention 14 , at the neck section 42 is formed by a range of significantly reduced thicknesses. cuts 50.1 . 50.2 cause only the neck section 42 with the reduced thickness, the connection between the head section 32 with the fuselage section 44 forms.

4b zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kantilevers 14, bei dem zusätzlich zu dem Halsabschnitt 42.1, wie er für 4a beschrieben ist, ein zweiter Halsabschnitt 42.2 vorhanden ist. 4b shows a further embodiment of a cantilever according to the invention 14 in which in addition to the neck section 42.1 as he for 4a is described, a second neck portion 42.2 is available.

4c zeigt einen erfindungsgemäßen Kantilever gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Dieser besitzt keinen Rumpfabschnitt, die Torsionssteifigkeit ist jedoch deutlich geringer als bei Kantilevern nach dem Stand der Technik. 4c shows a cantilever according to the invention according to the second aspect of the invention. This has no body section, but the torsional stiffness is significantly lower than in Kantilevern according to the prior art.

5a zeigt einen erfindungsgemäßen Kantilever 14 mit einem Halsabschnitt 42, der durch die Ausnehmung 52 im Grundkörper 20 bewirkt wird. Im vorliegenden Fall ist die Ausnehmung 52 mit Streben 54.1, 54.2 versteift. 5a shows a cantilever according to the invention 14 with a neck section 42 passing through the recess 52 in the main body 20 is effected. In the present case, the recess 52 with aspiration 54.1 . 54.2 stiffened.

5b zeigt eine weitere Ansicht eines erfindungsgemäßen Kantilevers 14 mit verminderter Torsionssteifigkeit. 5b shows a further view of a cantilever according to the invention 14 with reduced torsional rigidity.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
RasterkraftmikroskopAtomic Force Microscope
1212
Befestigungsvorrichtungfastening device
1414
Kantilevercantilever
1616
Ansteuereinheitcontrol unit
1818
Antriebdrive
2020
Grundkörper body
2222
Positionsmesserposition knife
2424
Lichtquellelight source
2626
Detektordetector
2828
Lichtstrahlbeam of light
3030
Optik optics
3232
Kopfabschnittheader
3434
Spitzetop
3636
Oberflächesurface
3838
Prüflingexaminee
4040
x-y-Tisch x-y table
4242
Halsabschnittneck section
4444
Rumpfabschnittfuselage section
4646
Befestigungsabschnittattachment section
4848
Vorsprunghead Start
5050
Einschnitt incision
5252
Ausnehmungrecess
5454
Strebe strut
FH F H
HorizontalkraftHorizontal force
FSpitze F top
Antastkraftcontact force
Ee
freies Endefree end
mm
MasseDimensions
Lges L ges
Länge des KantileversLength of the cantilever
WW
Breitewidth
LL
Längelength
TT
Dickethickness

Claims (9)

Kantilever (14) für ein Rastersondenmikroskop, insbesondere ein Rasterkraftmikroskop (10), mit (a) einem Grundkörper (20), der - einen Rumpfabschnitt (44), der an einem freien Ende (E) einen Befestigungsabschnitt (46) zum Befestigen am Rastersondenmikroskop hat, und - am gegenüberliegenden Ende einen Kopfabschnitt (32) aufweist, und (b) einer Spitze (34) zum Rastern eines Untersuchungsobjekts, die sich vom Kopfabschnitt (32) weg erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass (c) der Grundkörper (20) einen Halsabschnitt (42) aufweist, - der sich an den Rumpfabschnitt (44) anschließt und - an den sich der Kopfabschnitt (32) anschließt und - der eine Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit hat und dass (d) die Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit höchstens einem Zehntel einer Rumpfabschnitt-Torsionssteifigkeit des Rumpfabschnitts (44) entspricht.Cantilever (14) for a scanning probe microscope, in particular an atomic force microscope (10), having (a) a base body (20), which a body portion (44) having a mounting portion (46) for attachment to the scanning probe microscope at a free end (E), and having a head portion (32) at the opposite end, and (b) a tip (34) for scanning an object under inspection extending from the head portion (32), characterized in that (c) the base body (20) has a neck portion (42), which adjoins the body portion (44) and to which the head portion (32) and that has a neck portion torsional rigidity and that (d) the neck portion torsional stiffness is at most one tenth of a body portion torsional rigidity of the body portion (44). Kantilever (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halsabschnitt-Torsionssteifigkeit höchstens einem Zehntel einer Kopfabschnitt-Torsionssteifigkeit des Kopfabschnitts (32), ohne Spitze, entspricht.Kantilever (14) after Claim 1 , characterized in that the neck portion torsional rigidity corresponds to at most one tenth of a head portion torsional stiffness of the head portion (32), without a tip. Kantilever (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) sich die Spitze (34) entlang einer z-Richtung vom Kopfabschnitt (32) weg erstreckt und der Rumpfabschnitt (44) entlang einer y-Richtung erstreckt, (b) eine inverse Steifigkeit des Kantilevers (14) bezüglich einer Bewegung der Spitze (34) relativ zum Befestigungsabschnitt (46) durch eine Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix (C) beschreibbar ist, (c) eine inverse Steifigkeit der Spitze (34) bezüglich einer Bewegung des freien Spitzenendes der Spitze (34) relativ zum Kopfabschnitt (32) durch eine Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix (Cs) beschreibbar ist, (d) eine inverse Steifigkeit des Kopfabschnitts (32) bezüglich einer Bewegung des Kopfabschnitts (32) relativ zum Befestigungsabschnitt (46) durch eine Kopf-Inverssteifigkeitsmatrix (Cc) beschreibbar ist und (e) ein erstes Spitzensteifigkeitsverhältnis (Is1= cs,11/ cc11) in Form eines Quotienten aus dem ersten Diagonalelement (cs,11) der Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix (Cs) als Zähler und dem ersten Diagonalelement (cc11) der Kopf-Inverssteifigkeitsmatrix (Cc) als Nenner höchstens 50 beträgt.A cantilever (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that (a) the tip (34) extends along a z-direction away from the head portion (32) and the body portion (44) extends along a y-direction (b ) an inverse stiffness of the cantilever (14) with respect to a movement of the tip (34) relative to the attachment portion (46) is described by an overall inverse stiffness matrix (C), (c) an inverse stiffness of the tip (34) with respect to movement of the free one Tip end (34) is writable relative to the head portion (32) by a tip inverse stiffness matrix (C s ), (d) an inverse stiffness of the head portion (32) relative to movement of the head portion (32) relative to the attachment portion (46) a head inverse stiffness matrix (C c ) is writable; and (e) a first peak stiffness ratio (I s1 = c s, 11 / c c11 ) in the form of a quotient of the first diagonal element (c s, 11 ) of the spit zen inverse stiffness matrix (C s ) as a numerator and the first diagonal element (c c11 ) of the head inverse stiffness matrix (C c ) as a denominator is at most 50. Kantilever nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Spitzensteifigkeitsverhältnis (Is2= cs,22/ cc22) in Form eines Quotienten aus dem zweiten Diagonalelement (cs,22) der Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix (Cs) als Zähler und dem zweiten Diagonalelement (cc22) der Kopf-Inverssteifigkeitsmatrix (Cc) als Nenner höchstens 50 beträgt.Cantilever according to one of the preceding claims, characterized in that a second peak stiffness ratio (I s2 = c s, 22 / c c22 ) in the form of a quotient of the second diagonal element (c s, 22 ) of the peak inverse stiffness matrix (C s ) as a counter and the second diagonal element (c c22 ) of the head inverse stiffness matrix (C c ) as a denominator is at most 50. Kantilever (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein erster Quer-Inverssteifigkeitswert (I11) in Form eines Quotienten (I11=c11/ C33) aus dem ersten Diagonalelement (c11) der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix (C) als Zähler und dem dritten Diagonalelement (c33) der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix (C) als Nenner höchstens 4 und/oder zumindest 0,25 beträgt und/oder (b) ein zweiter Quer-Inverssteifigkeitswert (I22) in Form eines Quotienten (I22=c22/ C33) aus dem zweiten Diagonalelement (c22) der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix (C) als Zähler und dem dritten Diagonalelement (c33) der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix (C) als Nenner höchstens 4 und/oder zumindest 0,25 beträgt.Cantilever (14) according to one of the preceding claims, characterized in that (a) a first transverse inverse stiffness value (I 11 ) in the form of a quotient (I 11 = c 11 / C33) from the first diagonal element (c 11 ) of the total Inverse stiffness matrix (C) as a numerator and the third diagonal element (c 33 ) of the total inverse stiffness matrix (C) denominator is at most 4 and / or at least 0.25 and / or (b) a second transverse inverse stiffness value (I 22 ) in shape a quotient (I 22 = c 22 / C33) from the second diagonal element (c 22 ) of the total inverse stiffness matrix (C) as a numerator and the third diagonal element (c 33 ) of the total inverse stiffness matrix (C) as denominator at most 4 and / or at least 0.25. Kantilever (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix (C) Nicht-Diagonalelemente (c12, c13, c21, c31, c23, c32) hat, die kleiner als das 4-fache des dritten Diagonalelementes (c33) der Gesamt-Inverssteifigkeitsmatrix (C) sind, insbesondere null, und/oder (b) die Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix (Cs) Nicht-Diagonalelemente (cs,12, cs,13, cs,21, cs,31, Cs,23, Cs,32) hat, die höchstens ein Zwanzigstel des Minimums der Diagonalelemente (cs11, cs22, cs33) der Spitzen-Inverssteifigkeitsmatrix (Cs) groß, insbesondere null, sind.A cantilever (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that (a) the total inverse stiffness matrix (C) has non-diagonal elements (c 12 , c 13 , c 21 , c 31 , c 23 , c 32 ) which are smaller are four times the third diagonal element (c 33 ) of the total inverse stiffness matrix (C), in particular zero, and / or (b) the peak inverse stiffness matrix (C s ) non-diagonal elements (c s, 12 , c s, 13 , c s, 21 , c s, 31 , Cs, 23, Cs, 32) having at most one twentieth of the minimum of the diagonal elements (c s11 , c s22 , c s33 ) of the peak inverse stiffness matrix (C s ), especially zero, are. Rasterkraftmikroskop (10) mit (a) einer Befestigungsvorrichtung (12) und (b) einem Kantilever (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der an seinem Befestigungsabschnitt (46) mittels der Befestigungsvorrichtung (12) befestigt ist.Atomic force microscope (10) with (A) a fastening device (12) and (B) a cantilever (14) according to any one of the preceding claims, which is fixed at its attachment portion (46) by means of the fastening device (12). Rasterkraftmikroskop (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch (a) einen ersten Antrieb (18.1), (b) einen zweiten Antrieb (18.2) und (c) eine Ansteuereinheit (16), die so ausgebildet ist, dass die Spitze (34) in einer ersten Oszillationsrichtung und einer zweiten Oszillationsrichtung, die quer zur ersten Oszillationsrichtung verläuft, bewegbar ist.Atomic force microscope (10) according to Claim 7 , characterized by (a) a first drive (18.1), (b) a second drive (18.2) and (c) a drive unit (16) which is configured such that the tip (34) in a first oscillation direction and a second Oscillation direction, which is transverse to the first direction of oscillation, is movable. Rasterkraftmikroskop (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Ansteuereinheit (16) ausgebildet ist zum Bewegen des Kopfabschnitts in einer Dreh-Oszillationsbewegung relativ zum Rumpfabschnitt (44).Atomic force microscope (10) according to Claim 7 or 8th characterized in that the one drive unit (16) is adapted to move the head portion in a rotational oscillatory motion relative to the body portion (44).
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