DE19822286B4 - Acoustic Microscope - Google Patents

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Abstract

Akustik-Mikroskop mit mindestens einem Anregungsmittel (7, 11, 13, 15, 16) und Nachweismitteln (1, 2, 3, 9), wobei das mindestens eine Anregungsmittel (7, 11, 13, 15, 16) in einer Probe (6) akustische oder thermoakustische Wellen anregen kann, die von den Nachweismitteln (1, 2, 3, 9) nachweisbar sind, wobei die Nachweismittel mindestens einen Cantilever (2, 9) umfassen, der derart mit der Probe (6) in Verbindung steht, dass die in der Probe (6) angeregten akustischen beziehungsweise thermoakustischen Wellen Auslenkungen des mindestens einen Cantilevers (2, 9) bewirken, und wobei die Nachweismittel weiterhin Detektormittel (3) umfassen, die die Auslenkungen des mindestens einen Cantilevers (2, 9) detektieren können, dadurch gekennzeichnet, dass – die Nachweismittel weiterhin einen Cantileverchip (1) umfassen, an dem der mindestens eine Cantilever (2, 9) angebracht ist, – die Probe (6) auf dem Cantileverchip (1) befestigt oder adsorbiert ist oder der Cantileverchip (1) die Probe darstellt, und – die Anregungsmittel...Acoustic microscope with at least one excitation means (7, 11, 13, 15, 16) and detection means (1, 2, 3, 9), the at least one excitation means (7, 11, 13, 15, 16) in a sample ( 6) can excite acoustic or thermoacoustic waves which can be detected by the detection means (1, 2, 3, 9), the detection means comprising at least one cantilever (2, 9) which is connected to the sample (6) in this way, that the acoustic or thermoacoustic waves excited in the sample (6) cause deflections of the at least one cantilever (2, 9), and wherein the detection means further comprise detector means (3) which can detect the deflections of the at least one cantilever (2, 9) characterized in that - the detection means further comprise a cantilever chip (1) to which the at least one cantilever (2, 9) is attached, - the sample (6) is attached or adsorbed on the cantilever chip (1) or the cantilever chip ( 1) represent the sample t, and - stimulants ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Akustik-Mikroskop, insbesondere ein Akustik-Mikroskop mit mindestens einem Anregungsmittel und Nachweismitteln, wobei das mindestens eine Anregungsmittel in einer Probe akustische beziehungsweise thermoakustische Wellen anregen kann, die von den Nachweismitteln nachweisbar sind, wobei die Nachweismittel mindestens einen Cantilever umfassen, der derart mit der Probe in Verbindung steht, dass die in der Probe angeregten akustischen beziehungsweise thermoakustischen Wellen Auslenkungen des mindestens einen Cantilevers bewirken, und wobei die Nachweismittel weiterhin Detektormittel umfassen, die die Auslenkungen des mindestens einen Cantilevers detektieren können.The present invention relates to an acoustic microscope, in particular an acoustic microscope with at least one excitation means and detection means, wherein the at least one excitation means in a sample can excite acoustic or thermoacoustic waves, which are detectable by the detection means, wherein the detection means comprise at least one cantilever coupled to the sample such that the acoustic or thermoacoustic waves excited in the sample cause deflections of the at least one cantilever, and wherein the detection means further comprises detector means capable of detecting the deflections of the at least one cantilever.

Akustik-Mikroskope der vorgenannten Art sind beispielsweise aus Applied Physics Letters 37 (1), pp. 98-100 (1980), E. Brandis, A. Rosencwaig, sowie aus ”23rdInternational Symposium on Acoustical Imaging” 1997, Acoustical Imaging, Vol. 23, pp. 19-24, B. Y. Zhang, X. X. Liu, M. Maywald, Q. R. Yin, L. J. Balk und aus Ultrasonics Symposium, Proceedings, IEEE 1992, pp. 723-729 vol. 2, K. Takata bekannt. In der Ausführungsform gemäß Brandis et al. wird das Akustik-Mikroskop als Thermoakustik-Mikroskop betrieben, wobei als Anregungsmittel ein Elektronenstrahl dient, der durch lokale Erwärmung thermoakustische Wellen in der Probe auslösen kann. Bei der Ausführungsform gemäß Zhang et al. dient als Anregungsmittel eine kraftmikroskopische Spitze, die in Richtung auf die Oberfläche der Probe schwingen kann und in dieser akustische Wellen erzeugt. In der Ausführungsform gemäß Takata dient als Anregungsmittel eine Tunnelspitze, die ebenfalls durch Schwingungen in Richtung auf die Oberfläche der Probe in dieser akustische Wellen auslösen kann. Bei allen drei genannten Ausführungsformen werden als Nachweismittel Piezowandler eingesetzt, auf denen die Probe beispielsweise adsorbiert oder andersartig angebracht ist. Diese Piezowandler wandeln die akustische oder thermoakustische Welle in ein elektrisches Signal um. Als nachteilig bei der Verwendung eines piezoelektrischen Wandlers als Nachweismittel erweist sich, dass dieser vergleichsweise unempfindlich ist. Weiterhin nachteilig ist, dass der Piezowandler als flächiger Detektor funktioniert, der einen sehr großen Raumwinkel erfasst und somit einen großen Teil der erzeugten Schallwelle registriert. Es besteht bei einem Piezowandler also nicht die Möglichkeit, einzelne Teilbereiche der erzeugten akustischen oder thermoakustischen Wellen getrennt zu detektieren.Acoustic microscopes of the aforementioned type are known for example from Applied Physics Letters 37 (1), pp. 98-100 (1980), E. Brandis, A. Rosencwaig, as well as "23 rd International Symposium on Acoustical Imaging" 1997 Acoustical Imaging, Vol. 23, pp. 19-24, BY Zhang, XX Liu, M. Maywald, QR Yin, LJ Balk and from Ultrasonics Symposium, Proceedings, IEEE 1992, pp. 723-729 vol. 2, K. Takata known. In the embodiment according to Brandis et al. the acoustics microscope is operated as a thermoacoustic microscope, with an electron beam serving as the excitation means, which can trigger thermoacoustic waves in the sample by local heating. In the embodiment according to Zhang et al. serves as an excitation force microscopic tip that can swing in the direction of the surface of the sample and generated in this acoustic waves. In the embodiment according to Takata serves as a stimulating means a tunnel tip, which can also trigger by oscillations in the direction of the surface of the sample in this acoustic waves. In all three embodiments mentioned, piezoelectric transducers are used as detection means, on which the sample is adsorbed or otherwise mounted, for example. These piezo transducers convert the acoustic or thermoacoustic wave into an electrical signal. A disadvantage of using a piezoelectric transducer as a detection means proves that this is relatively insensitive. Another disadvantage is that the piezoelectric transducer works as a flat detector that detects a very large solid angle and thus registers a large part of the generated sound wave. In the case of a piezo converter, therefore, it is not possible to detect individual subregions of the generated acoustic or thermoacoustic waves separately.

Ein Akustik-Mikroskop der eingangs genannten Art ist aus der US 5,431,055 A bekannt. Zum Stand der Technik wird an dieser Stelle darüber hinaus auf die US 5,339,289 A , die DE 43 24 983 C2 , die US 5,615,675 A , die DE 690 23 296 T2 sowie auf die Veröffentlichungen von M. Allegrini et. al. „Laser light effects an force sensors in atomicforce microscopes” (in: Proc. SPIE 1726, S. 168–173 (1992)) und A. Rosencwaig „Thermal-Wave Imaging in a Scanning Electron Microscope” (in: Ann. Rev. Mater. Sci. 15, S. 103–118 (1985)) verwiesen.An acoustics microscope of the type mentioned is from the US 5,431,055 A known. The state of the art is at this point in addition to the US 5,339,289 A , the DE 43 24 983 C2 , the US 5,615,675 A , the DE 690 23 296 T2 and to the publications of M. Allegrini et. al. SPIE 1726, pp. 168-173 (1992)) and A. Rosencwaig "Thermal Wave Imaging in a Scanning Electron Microscope" (in: Ann. Rev. "Laser light effects on force sensors in atomic force microscopes"). Sci., 15: 103-118 (1985)).

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung eines Akustik-Mikroskops der vorgenannten Art, das empfindlichere Nachweismittel umfasst.The problem underlying the present invention is to provide an acoustical microscope of the aforementioned kind, which comprises more sensitive detection means.

Dies wird dadurch erreicht, dass die Nachweismittel mindestens einen Cantilever umfassen, der derart mit der Probe in Verbindung steht, dass die in der Probe angeregten akustischen beziehungsweise thermoakustischen Wellen Auslenkungen des mindestens einen Cantilevers bewirken, und wobei die Nachweismittel weiterhin Detektormittel umfassen, die die Auslenkungen des mindestens einen Cantilevers detektieren können. Es zeigt sich, dass ein Cantilever, insbesondere ein Cantilever, wie er üblicherweise in der Kraftmikroskopie Verwendung findet, einen wesentlich empfindlicheren Nachweis der akustischen beziehungsweise thermoakustischen Wellen ermöglicht.This is achieved in that the detection means comprise at least one cantilever connected to the sample in such a way that the acoustic or thermoacoustic waves excited in the sample bring about deflections of the at least one cantilever, and wherein the detection means further comprise detector means which detect the deflections of the at least one cantilever can detect. It turns out that a cantilever, in particular a cantilever, as commonly used in force microscopy, allows a much more sensitive detection of the acoustic or thermoacoustic waves.

Erfindungsgemäß umfassen die Nachweismittel weiterhin einen Cantileverchip, an dem der mindestens eine Cantilever angebracht ist. Der Cantileverchip kann erfindungsgemäß entweder selbst die Probe darstellen oder aber die Probe kann auf dem Cantileverchip befestigt sein. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Anregungsmittel über die Oberfläche des Cantileverchips beziehungsweise der darauf befestigten oder adsorbierten Probe gerastert werden können oder dass die Probe beziehungsweise der Cantileverchip gerastert werden. Eine Anwendung eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskops sieht vor, dass bei der Chipherstellung Cantilever an zu prüfenden Chips angebracht werden, und dass durch das erfindungsgemäße Akustik-Mikroskop diese Chips geprüft und gegebenenfalls anschließend die Cantilever entfernt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit auf handelsüblichen Cantileverchips eine beliebige Probe zu befestigen oder zu adsorbieren.According to the invention, the detection means further comprise a cantilever chip to which the at least one cantilever is attached. According to the invention, the cantilever chip can either itself represent the sample or the sample can be attached to the cantilever chip. According to the invention, it is further provided that the excitation means can be scanned over the surface of the cantilever chip or the sample attached thereto or adsorbed or that the sample or the cantilever chip are rastered. An application of an acoustical microscope according to the invention provides that in chip manufacture cantilevers are attached to chips to be tested, and that these chips are tested by the inventive acoustic microscope and, if appropriate, the cantilevers are then removed. Furthermore, it is possible to attach to commercially available cantilever chips any sample or to adsorb.

Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der mindestens eine Cantilever so an dem Cantileverchip angeordnet, dass der Cantilever senkrecht zu der zu untersuchenden Oberfläche des Cantileverchips oder der darauf adsorbierten Probe schwingen kann. Alternativ dazu kann der mindestens eine Cantilever so angeordnet sein, dass der Cantilever parallel zu der zu untersuchenden Oberfläche des Cantileverchips oder der darauf adsorbierten Probe schwingen kann. Es besteht auch die Möglichkeit an dem Cantileverchip mindestens zwei oder eine Vielzahl von Cantilevern anzubringen, die vorzugsweise über den Umfang des Cantileverchips verteilt sein können. Durch senkrecht zur Oberfläche schwingende Cantilever können Kompressionswellen senkrecht zur Oberfläche nachgewiesen werden. Durch die beispielsweise seitlich angebrachten Cantilever, die parallel zur Oberfläche schwingen können, können zusätzlich dazu Scherwellen detektiert werden. Die Anbringung mehrerer vorzugsweise über den Umfang des Cantileverchips verteilter Cantilever ermöglicht die Detektion zusätzlicher beispielsweise thermoakustischer Phänomene mit anisotroper Wellenausbreitung. Zusätzlich dazu können derartige Aufbauten auch für Korrelationsexperimente eingesetzt werden, so dass mit Hilfe mehrerer am Umfang vertikal und parallel zur Oberfläche angebrachter Cantilever eine akustische oder thermoakustische Tomographie möglich wird. Eine derartige Messmethode ermöglicht es, ähnlich wie in der Röntgentomographie, einen Einblick in das Innere der untersuchten Proben zu gewinnen, wie es mit flächigen Piezoautnehmern nicht möglich wäre. Ein derartiges Messverfahren kann beispielsweise für die Chipherstellung von Interesse sein.According to preferred embodiments of the present invention, the at least one cantilever is arranged on the cantilever chip in such a way that the cantilever can oscillate perpendicular to the surface of the cantilever chip or of the sample adsorbed thereon. Alternatively, the at least a cantilever may be arranged so that the cantilever can vibrate parallel to the surface of the cantilever chip to be examined or of the sample adsorbed thereon. It is also possible to attach at least two or a plurality of cantilevers to the cantilever chip, which may preferably be distributed over the circumference of the cantilever chip. By cantilevering perpendicular to the surface compression waves can be detected perpendicular to the surface. Shear waves can be detected in addition to this, for example, by lateral cantilevers, which can oscillate parallel to the surface. The attachment of several preferably distributed over the circumference of the Cantileverchips Cantilever allows the detection of additional example, thermoacoustic phenomena with anisotropic wave propagation. In addition, such structures can also be used for correlation experiments, so that acoustic or thermoacoustic tomography becomes possible with the aid of a plurality of cantilevers attached to the circumference vertically and parallel to the surface. Such a method of measurement makes it possible, as in X-ray tomography, to gain insight into the interior of the examined samples, as would not be possible with flat piezoelectric receivers. Such a measuring method may be of interest, for example, for chip production.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Detektionsmittel als Lichtzeigerdetektor ausgeführt und umfassen vorzugsweise einen Laser und einen positionssensitiven Detektor (PSD). Alternativ dazu können die Detektionsmittel als piezoelektrische Widerstandselemente ausgeführt sein, die vorzugsweise auf dem mindestens einen Cantilever aufgedampft sind. Insbesondere wenn mehrere oder eine Vielzahl von Cantilevern über den Umfang des Cantileverchips verteilt sind, empfiehlt sich die Verwendung von piezoelektrischen Widerstandselementen. Alternative Detektionsmittel umfassen kapazitive Sensoren beziehungsweise Feldeffekt- oder Einzelelektronentransistoren (FET oder SET).According to one embodiment of the present invention, the detection means are designed as a light pointer detector and preferably comprise a laser and a position-sensitive detector (PSD). Alternatively, the detection means may be embodied as piezoelectric resistance elements, which are preferably vapor-deposited on the at least one cantilever. In particular, if several or a plurality of cantilevers are distributed over the circumference of the cantilever chip, the use of piezoelectric resistance elements is recommended. Alternative detection means include capacitive sensors or field effect or single electron transistors (FET or SET).

Gemäß alternativer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Anregungsmittel ein gepulster rasterbarer Elektronenstrahl, eingepulster rasterbarer Laserstrahl, oder Rastersonden wie beispielsweise eine Tunnelspitze, eine kraftmikroskopische Spitze, ein Ultraschallschwinger oder eine nahfeldoptische Sonde Verwendung finden.According to alternative embodiments of the present invention, a pulsed rasterable electron beam, pulsed rasterable laser beam or scanning probes such as, for example, a tunnel tip, a force microscopic tip, an ultrasonic vibrator or a near-field optical probe can be used as excitation means.

Vorteilhafterweise entspricht die Pulsfrequenz des Elektronenstrahls und des Laserstrahls beziehungsweise die Schwingungsfrequenz, mit der die Rastersonden in Richtung auf die Probe schwingen können, einer mechanischen Resonanzfrequenz des mindestens einen Cantilevers. Durch diese geeignete Wahl der Pulsfrequenz des Elektronenstrahls, des Laserstrahls oder der Schwingungsfrequenz der Rastersonden läßt sich vorteilhaft die Resonanzverstärkung auf der Grundfrequenz oder einer höheren Harmonischen ausnutzen, womit sich eine Erhöhung der Empfindlichkeit erzielen läßt.Advantageously, the pulse frequency of the electron beam and of the laser beam or the oscillation frequency with which the scanning probes can oscillate in the direction of the sample corresponds to a mechanical resonance frequency of the at least one cantilever. By this appropriate choice of the pulse frequency of the electron beam, the laser beam or the vibration frequency of the scanning probes can advantageously advantage the resonance gain at the fundamental frequency or a higher harmonics, which can be an increase in sensitivity achieved.

Eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit durch Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses läßt sich durch Verwendung eines oder mehrerer Cantilever mit nichtlinearen Federkonstanten, insbesondere mit quadratischen Kennlinien erzielen. Derartige nichtlineare Federkonstanten können in den Cantilevern durch geeignete Verspannungen erzeugt werden. Aufgrund derartiger nichtlinearer Federkonstanten können die Cantilever wie parametrische Verstärker wirken, wie das beispielsweise von Dana et al. in Appl. Phys. Lett. 72, S. 1152 beschrieben wird.A further increase in sensitivity by improving the signal-to-noise ratio can be achieved by using one or more cantilevers with nonlinear spring constants, in particular with quadratic characteristics. Such non-linear spring constants can be generated in the cantilevers by suitable strains. Because of such nonlinear spring constants, the cantilevers can act as parametric enhancers, as described, for example, by Dana et al. in Appl. Phys. Lett. 72, p. 1152.

Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, mindestens zwei Cantilever mit voneinander verschiedenen Resonanzfrequenzen zu verwenden, wobei vorzugsweise unterschiedliche dieser Frequenzen bei der Anregung durch die Rastersonde oder den Elektronen- oder Laserstrahl genutzt werden können. Auf diese Weise können akustische Dispersionsrelationen aufgenommen und die viskoelastischen Eigenschaften des entsprechenden Materials bestimmt werden.For example, it is possible to use at least two cantilevers with mutually different resonance frequencies, wherein preferably different of these frequencies can be used in the excitation by the scanning probe or the electron or laser beam. In this way, acoustic dispersion relations can be recorded and the viscoelastic properties of the corresponding material can be determined.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Akustik-Mikroskop in einer Vorrichtung für die optische Nahfeldmikroskopie Verwendung finden, wobei diese eine nahfeldoptische Sonde und Regelmittel zur Regelung des Abstands der Sonde von der zu untersuchenden Oberfläche umfaßt und wobei die Regelmittel durch den mindestens einen Cantilever und die dazugehörigen Detektiermittel gebildet werden. Auf diese Weise ergibt sich für die Nahfeldmikroskopie eine von der Optik unabhängige Regelung des Abstands der Sonde zur Oberfläche. Hierbei können nahfeldoptische Sonden mit tetraederförmigen Spitzen oder aber auch Fasersonden Verwendung finden.According to a preferred embodiment of the present invention, an acoustic microscope may be used in a near-field optical-optical device, comprising a near-field optical probe and control means for controlling the distance of the probe from the surface to be examined, and wherein the control means is provided by the at least one cantilever and the associated detection means are formed. In this way, an independent of the optics control of the distance of the probe results to the surface for near field microscopy. Near-field optical probes with tetrahedral tips or fiber probes can be used here.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenFurther advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show in it

1 schematisch den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskops, das mittels eines gepulsten Elektronenstrahls oder eines gepulsten Laserstrahls angeregt wird; 1 schematically the structure of an embodiment of an acoustic microscope according to the invention, which is excited by means of a pulsed electron beam or a pulsed laser beam;

2 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskops, das mittels einer Tunnelspitze angeregt wird; 2 schematically the structure of another embodiment of an acoustic microscope according to the invention, which is excited by means of a tunnel tip;

3 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskops, das mittels einer kraftmikroskopischen Spitze angeregt wird; 3 schematically the structure of another embodiment of an acoustic microscope according to the invention, which is excited by means of a force microscopic tip;

4 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskops, das mittels eines Ultraschallschwingers angeregt wird; 4 schematically the structure of another embodiment of an acoustic microscope according to the invention, which is excited by means of an ultrasonic transducer;

5 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskops, das mittels einer nahfeldoptischen Sonde angeregt wird; 5 schematically the structure of another embodiment of an acoustic microscope according to the invention, which is excited by means of a near-field optical probe;

6 den Ausdruck einer Messung, die mit einem Akustik-Mikroskop gemäß 1 aufgenommen wurde. 6 the expression of a measurement using an acoustical microscope according to 1 has been recorded.

Die in 1 abgebildete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskops umfaßt einen Cantileverchip 1, an dem seitlich ein Cantilever 2 angebracht ist. Der Cantileverchip 1 kann beispielsweise aus Silizium, insbesondere einkristallinem hochdotiertem Silizium gefertigt sein. Der Cantilever 2 besitzt in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel einen trapezoiden Querschnitt und kann beispielsweise Eigenschaften aufweisen, wie sie in folgender Tabelle für drei beispielhafte unterschiedliche Typen A, B, C aufgelistet sind. Bez. k [N/m] f0 [kHz] L [μm] B [μm] D [μm] Typ A 21–78 260–410 120–130 25–35 3,5–4,5 Typ B 0,07–0,4 10–17 445–455 45–55 1,5–2,5 Typ C 1,2–5,5 60–100 220–230 22,5–32,5 2,5–3,5 In the 1 illustrated embodiment of an acoustic microscope according to the invention comprises a cantilever chip 1 , on the side a cantilever 2 is appropriate. The cantilever chip 1 can for example be made of silicon, in particular monocrystalline highly doped silicon. The cantilever 2 has a trapezoidal cross-section in the illustrated embodiment and may, for example, have properties as listed in the following table for three exemplary different types A, B, C. Bez. k [N / m] f 0 [kHz] L [μm] B [μm] D [μm] Type A 21-78 260-410 120-130 25-35 3.5-4.5 Type B 0.07 to 0.4 10-17 445-455 45-55 1.5-2.5 Type C 1.2 to 5.5 60-100 220-230 22.5 to 32.5 2.5-3.5

In der ersten Spalte der Tabelle finden sich die unterschiedlichen Typen A, B, C. In der darauffolgenden Spalte ist die Federkonstante k in N/m angegeben. In der darauffolgenden Spalte findet sich die Resonanzfrequenz f0 in kHz. Die drei folgenden Spalten zeigen die Länge L, die Breite B und die Dicke D des Cantilevers 2 in μm.In the first column of the table are the different types A, B, C. In the following column, the spring constant k is given in N / m. The following column shows the resonance frequency f 0 in kHz. The three following columns show the length L, the width B and the thickness D of the cantilever 2 in μm.

In dem in 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel werden die Auslenkungen des Cantilevers 2 von einem Lichtzeigerdetektor 3 registriert, der beispielsweise aus einem Laser 4 und einem positionssensitiven Detektor (PSD) 5 besteht. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, im Bereich der stärksten Biegung des Cantilevers 2, der sich kurz vor dem Übergang zum Cantileverchip 1 befindet, piezoelektrische Widerstandselemente aufzudampfen, mit deren Hilfe die Auslenkungen des Cantilevers 2 auf nicht optischem Wege auslesbar sind.In the in 1 Illustrated embodiment, the deflections of the cantilever 2 from a light pointer detector 3 registered, for example, from a laser 4 and a position-sensitive detector (PSD) 5 consists. Alternatively, there is also the possibility of being in the area of the strongest bend of the cantilever 2 , which is about to transition to the cantilever chip 1 is to vaporize piezoelectric resistance elements, with the help of the deflections of the cantilever 2 can be read by non-optical means.

In dem in 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist schematisch eine auf der Oberfläche des Cantileverchips 1 adsorbierte Probe 6 abgebildet. Auf deren von dem Cantileverchip 1 abgewandte Oberfläche trifft ein gepulster Elektronenstrahl 7 auf. Anstelle des gepulsten Elektronenstrahls 7 kann auch ein gepulster Laserstrahl verwendet werden. Der Elektronenstrahl 7 oder der Laserstrahl erzeugt in der Probe 6 eine lokale periodische Erwärmung, von der thermische und akustische Wellen ausgehen. Die thermischen und akustischen Wellen sind über die Auslenkungen des Cantilevers 2 mittels des Lichtzeigerdetektors 3 oder eines anderen die Auslenkungen aufnehmenden Detektors registrierbar.In the in 1 The illustrated embodiment is schematically shown on the surface of the cantilever chip 1 adsorbed sample 6 displayed. On whose from the cantilever chip 1 remote surface meets a pulsed electron beam 7 on. Instead of the pulsed electron beam 7 A pulsed laser beam can also be used. The electron beam 7 or the laser beam is generated in the sample 6 a local periodic heating, emanating from the thermal and acoustic waves. The thermal and acoustic waves are above the deflections of the cantilever 2 by means of the light pointer detector 3 or another deflector receiving detector recordable.

Es besteht die Möglichkeit anstelle eines einzelnen Cantilevers 2 eine ganze Reihe von Cantilevern 2 an dem Cantileverchip 1 anzubringen, wie dies beispielsweise in 2 für eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskop dargestellt ist. Die in 2 mit 2 bezeichneten Cantilever können in Richtung des Pfeils 8 senkrecht zur Oberfläche des Cantileverchips 1 schwingen und sind somit in der Lange, vertikale Schwingungen, das heißt Kompressionswellen senkrecht zur Oberfläche des Cantileverchips 1 nachzuweisen. Mit den ebenfalls in 2 eingezeichneten Cantilevern 9, die jeweils in Richtung einer Seitenfläche des Cantileverchips ausgerichtet sind und beispielsweise längs des Pfeils 10 parallel zur Oberfläche des Cantileverchips 1 schwingen können, können Scherwellen detektiert werden. Die gestrichelt eingezeichneten Cantilever 2, 9 können zusätzlich dazu dienen, beispielsweise thermoakustische Phänomene mit anisotroper Wellenausbreitung zu messen. Weiterhin können sie auch für Korrelationsexperimente eingesetzt werden. Mit Hilfe mehrerer am Umfang vertikal und/oder parallel zur Oberfläche angebrachter Cantilever 2, 9 besteht die Möglichkeit, Messungen vorzunehmen, die man als thermoakustische Tomographie bezeichnen könnte. Mit Hilfe dieser Methode ist es möglich, ähnlich wie in der Röntgentomographie, einen Einblick in das Innere der untersuchten Proben zu gewinnen. Für eine derartige Vielzahl von Cantilevern 2, 9 ist die in 1 abgebildete optische Auslesung über einen Lichtzeigerdetektor 3 nicht sonderlich geeignet. Hier wäre vielmehr der Einsatz piezoelektrischer Cantileverstrukturen von Vorteil.There is a possibility instead of a single cantilever 2 a whole series of cantilevers 2 on the cantilever chip 1 to attach, as for example in 2 is shown for another embodiment of an acoustic microscope according to the invention. In the 2 With 2 designated cantilevers can in the direction of the arrow 8th perpendicular to the surface of the cantilever chip 1 swing and thus are in the long run, vertical vibrations, that is, compression waves perpendicular to the surface of the cantilever chip 1 demonstrated. With the likewise in 2 marked cantilevers 9 , which are each aligned in the direction of a side surface of the cantilever chip and, for example along the arrow 10 parallel to the surface of the cantilever chip 1 Shear waves can be detected. The dashed lines Cantilever 2 . 9 may additionally serve to measure, for example, thermoacoustic phenomena with anisotropic wave propagation. Furthermore, they can also be used for correlation experiments. With Help multiple cantilevers mounted vertically and / or parallel to the surface 2 . 9 it is possible to make measurements that could be called thermoacoustic tomography. With the help of this method, it is possible, similar to X-ray tomography, to gain insight into the interior of the examined samples. For such a variety of cantilevers 2 . 9 is the in 1 illustrated optical readout via a light pointer detector 3 not very suitable. Instead, the use of piezoelectric cantilever structures would be advantageous.

In dem in 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anregung der thermoakustischen Wellen über eine Tunnelspitze 11. Die Tunnelspitze 11 ist beispielsweise an einem x, y, z-Piezoaktuator angebracht und kann mittels des z-Aktuators in Richtung auf die Probe bewegt werden und bei Annäherung an die Probe oder bei Auftreffen auf die Probe eine akustische oder thermoakustische Welle auslösen. Mittels der x- und y-Aktuatoren kann die Tunnelspitze 11 über die Oberfläche des Cantileverchips 1 gerastert werden, auf dem beispielsweise wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eine Probe adsorbiert werden kann.In the in 2 In the embodiment shown, the excitation of the thermoacoustic waves takes place via a tunnel tip 11 , The tunnel top 11 For example, it is attached to an x, y, z piezoactuator and can be moved toward the sample by the z-actuator and trigger an acoustic or thermoacoustic wave as it approaches the sample or when it hits the sample. By means of the x and y actuators can the tunnel tip 11 over the surface of the cantilever chip 1 be rasterized on the example as in the embodiment according to 1 a sample can be adsorbed.

In 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskops abgebildet, bei dem die Anregung über eine kraftmikroskopische Spitze 13 erfolgt, die an einem Cantilever 12 angebracht ist. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann auch der Cantilever 12 mit einem x, y, z-Positionierelement verbunden sein, um zum einen die Spitze 13 über die Oberfläche des Cantileverchips 1 zu rastern und zum anderen akustische Wellen in dem Cantileverchip 1 beziehungsweise einer darauf adsorbierten Probe anzuregen.In 3 a further embodiment of an acoustic microscope according to the invention is shown, in which the excitation via a force microscopic tip 13 done at a cantilever 12 is appropriate. As in the embodiment according to 2 can also be the cantilever 12 be connected to an x, y, z positioning element, on the one hand the tip 13 over the surface of the cantilever chip 1 to raster and on the other hand acoustic waves in the cantilever chip 1 or to excite a sample adsorbed thereon.

In dem in 4 abgebildeten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anregung mittels eines Ultraschallschwingers 15, der beispielsweise die Form einer Stimmgabel oder eines Quarzstäbchens aufweist und ebenfalls mit einem x, y, z-Positionierelement verbunden sein kann. Der Ultraschallschwinger in Form eines Quarzstäbchens kann beispielsweise mit 1 MHz schwingen.In the in 4 illustrated embodiment, the excitation by means of an ultrasonic transducer 15 which may be in the form of a tuning fork or a quartz stick, for example, and may also be connected to an x, y, z positioning element. The ultrasonic vibrator in the form of a quartz rod, for example, oscillate at 1 MHz.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 erfolgt die Anregung über eine nahfeldoptische Sonde 16, die in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel eine tetraederförmige Spitze 17 aufweist, die entsprechend dem Pfeil 18 der Oberfläche angenähert werden kann. Eine derartige nahfeldoptische Sonde 16 ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 0 728 322 A1 beschrieben. Diese Sonde 16 kann ebenfalls mit einem x, y, z-Positionierelement verbunden sein und über die Oberfläche des Cantileverchips 1 gerastert werden. Durch Annäherung der Spitze 17 an die Oberfläche des Cantileverchips 1 und periodische Modulation des Abstandes der Spitze 17 zur Oberfläche des Cantileverchips 1 werden in diesem thermoakustische Wellen ausgelöst, die mittels der Cantilever 2, 9 detektierbar sind.In the embodiment according to 5 the excitation takes place via a near field optical probe 16 , which in the illustrated embodiment, a tetrahedral tip 17 that corresponds to the arrow 18 can be approximated to the surface. Such a near field optical probe 16 is for example in the European patent application EP 0 728 322 A1 described. This probe 16 may also be connected to an x, y, z positioning element and over the surface of the cantilever chip 1 be rasterized. By approaching the top 17 to the surface of the cantilever chip 1 and periodic modulation of the distance of the peak 17 to the surface of the cantilever chip 1 are triggered in this thermoacoustic waves by means of the cantilever 2 . 9 are detectable.

Bei den in 1 bis 5 abgebildeten Anregungsarten läßt sich eine Erhöhung der Empfindlichkeit dadurch erreichen, daß die Anregungsmittel 11, 12, 13, 15, 16 mit einer mechanischen Eigenresonanzfrequenz der Cantilever 2, 9 schwingen, die die Grundfrequenz oder eine höhere Harmonische sein kann, um die Resonanzverstärkung auszunutzen. Gleiches gilt für die Pulsfrequenz des Elektronenstrahls 7 beziehungsweise des Laserstrahls.At the in 1 to 5 can be an increase in sensitivity characterized in that the excitation means 11 . 12 . 13 . 15 . 16 with a mechanical self-resonant frequency of the cantilever 2 . 9 which may be the fundamental frequency or higher harmonic to exploit the resonance gain. The same applies to the pulse frequency of the electron beam 7 or the laser beam.

Die in 5 abgebildete Kombination zwischen nahfeldoptischer Sonde 16 und Cantileverchip 1 ermöglicht zusätzlich zu der beschriebenen Detektion thermoakustischer Wellen eine von der Optik unabhängige Regelung des Abstandes der nahfeldoptischen Sonde 16 von der Oberfläche des Cantileverchips 1. Dies erweitert die Anwendungsmöglichkeiten der in der beispielhaft genannten europäischen Patentanmeldung EP 0 728 322 A1 beschriebenen Sonden auf Proben mit nicht leitenden Oberflächen. Die Kombination von nahfeldoptischen Sonden beispielsweise in Form von Tetraedersonden oder Fasersonden mit einem Cantileverchip 1, wie er beispielsweise in 5 abgebildet ist, ermöglicht auch für diese nahfeldoptischen Sonden eine von der Optik unabhängige Regelung des Abstandes von Sonde zu Oberfläche.In the 5 pictured combination between near-field optical probe 16 and cantilever chip 1 allows in addition to the described detection of thermoacoustic waves independent of the optics control of the distance of the near-field optical probe 16 from the surface of the cantilever chip 1 , This broadens the possibilities of application in the exemplified European patent application EP 0 728 322 A1 described probes on samples with non-conductive surfaces. The combination of near-field optical probes, for example in the form of tetrahedral probes or fiber probes with a cantilever chip 1 as he is for example in 5 is also possible for these near-field optical probes independent of the optics control of the distance from probe to surface.

In 6 ist beispielhaft eine Messung dargestellt, die mit einer Apparatur gemäß 1 mit Hilfe eines gepulsten Elektronenstrahls durchgeführt wurde. Die Breite der gesamten abgebildeten Strukturen beträgt 60 μm. Als Pulsfrequenz des Elektronenstrahls wurde nicht die Grundfrequenz, sondern die erste Harmonische der Resonanzfrequenzen des Cantilevers 2 gewählt. Weitere Betriebsdaten des Elektronenstrahls sind U = 20 KV und 1 = 40 nA. Man erkennt, daß sich mit der erfindungsgemäßen Akustik-Mikroskopie Strukturen im Submikrometerbereich auflösen lassen.In 6 By way of example, a measurement is shown that with an apparatus according to 1 was performed by means of a pulsed electron beam. The width of the entire imaged structures is 60 μm. The pulse frequency of the electron beam was not the fundamental frequency, but the first harmonic of the resonant frequencies of the cantilever 2 selected. Further operating data of the electron beam are U = 20 KV and 1 = 40 nA. It can be seen that structures of the submicrometer type can be resolved with the acoustics microscopy according to the invention.

Claims (21)

Akustik-Mikroskop mit mindestens einem Anregungsmittel (7, 11, 13, 15, 16) und Nachweismitteln (1, 2, 3, 9), wobei das mindestens eine Anregungsmittel (7, 11, 13, 15, 16) in einer Probe (6) akustische oder thermoakustische Wellen anregen kann, die von den Nachweismitteln (1, 2, 3, 9) nachweisbar sind, wobei die Nachweismittel mindestens einen Cantilever (2, 9) umfassen, der derart mit der Probe (6) in Verbindung steht, dass die in der Probe (6) angeregten akustischen beziehungsweise thermoakustischen Wellen Auslenkungen des mindestens einen Cantilevers (2, 9) bewirken, und wobei die Nachweismittel weiterhin Detektormittel (3) umfassen, die die Auslenkungen des mindestens einen Cantilevers (2, 9) detektieren können, dadurch gekennzeichnet, dass – die Nachweismittel weiterhin einen Cantileverchip (1) umfassen, an dem der mindestens eine Cantilever (2, 9) angebracht ist, – die Probe (6) auf dem Cantileverchip (1) befestigt oder adsorbiert ist oder der Cantileverchip (1) die Probe darstellt, und – die Anregungsmittel (7, 11, 13, 15, 16) über die Oberfläche des Cantileverchips (1) beziehungsweise der darauf befestigten oder adsorbierten Probe (6) gerastert werden können oder dass die Probe (6) beziehungsweise der Cantileverchip (1) gerastert werden können.Acoustic microscope with at least one excitation means ( 7 . 11 . 13 . 15 . 16 ) and means of proof ( 1 . 2 . 3 . 9 ), wherein the at least one excitation means ( 7 . 11 . 13 . 15 . 16 ) in a sample ( 6 ) can excite acoustic or thermoacoustic waves emitted by the detection means ( 1 . 2 . 3 . 9 ) are detectable, wherein the detection means at least one cantilever ( 2 . 9 ) which is so in contact with the sample ( 6 ), that in the sample ( 6 ) excited acoustic or thermoacoustic waves deflections of the at least one cantilever ( 2 . 9 ), and wherein the detection means further comprise detector means ( 3 ), which determine the deflections of the at least one cantilever ( 2 . 9 ), characterized in that - the detection means further comprise a cantilever chip ( 1 ) at which the at least one cantilever ( 2 . 9 ), - the sample ( 6 ) on the cantilever chip ( 1 ) is attached or adsorbed or the cantilever chip ( 1 ) represents the sample, and - the excitation means ( 7 . 11 . 13 . 15 . 16 ) over the surface of the cantilever chip ( 1 ) or the sample attached or adsorbed thereon ( 6 ) or that the sample ( 6 ) or the cantilever chip ( 1 ) can be rasterized. Akustik-Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Cantileverchip (1) und der mindestens eine Cantilever (2, 9) aus Siliziumnitrid oder aus dotiertem oder undotiertem vorzugsweise einkristallinem Silizium bestehen.Acoustic microscope according to claim 1, characterized in that the cantilever chip ( 1 ) and the at least one cantilever ( 2 . 9 ) consist of silicon nitride or of doped or undoped preferably monocrystalline silicon. Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Cantilever (2) so an dem Cantileverchip (1) angeordnet ist, dass der Cantilever (2) senkrecht zu der zu untersuchenden Oberfläche des Cantileverchips (1) oder der darauf befestigten oder adsorbierten Probe (6) schwingen kann.Acoustic microscope according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least one cantilever ( 2 ) so on the cantilever chip ( 1 ) is arranged that the cantilever ( 2 ) perpendicular to the surface of the cantilever chip to be examined ( 1 ) or the sample attached or adsorbed thereon ( 6 ) can swing. Akustik-Mikroskop nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Cantilever (9) so an dem Cantileverchip (1) angeordnet ist, dass dieser Cantilever (9) parallel zu der zu untersuchenden Oberfläche des Cantileverchips (1) oder der darauf befestigten oder adsorbierten Probe (6) schwingen kann.Acoustic microscope according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one cantilever ( 9 ) so on the cantilever chip ( 1 ) is arranged that this cantilever ( 9 ) parallel to the surface of the cantilever chip to be examined ( 1 ) or the sample attached or adsorbed thereon ( 6 ) can swing. Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Cantileverchip (1) mindestens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl von Cantilevern (2, 9) angebracht sind, die vorzugsweise über den Umfang des Cantileverchips (1) verteilt sind.Acoustic microscope according to one of claims 1 to 4, characterized in that on the cantilever chip ( 1 ) at least two, preferably a plurality of cantilevers ( 2 . 9 ) are mounted, preferably over the circumference of the cantilever chip ( 1 ) are distributed. Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsmittel als Lichtzeigerdetektor (3) ausgeführt sind und vorzugsweise einen Laser (4) und einen positionssensitiven Detektor (5) umfassen.Acoustic microscope according to one of claims 1 to 5, characterized in that the detection means as a light pointer detector ( 3 ) are carried out and preferably a laser ( 4 ) and a position-sensitive detector ( 5 ). Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsmittel als piezoelektrische Widerstandselemente ausgeführt sind, die vorzugsweise auf dem mindestens einen Cantilever (2, 9) aufgedampft sind.Acoustic microscope according to one of claims 1 to 5, characterized in that the detection means are designed as piezoelectric resistance elements, preferably on the at least one cantilever ( 2 . 9 ) are vapor-deposited. Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsmittel als kapazitive Sensoren ausgeführt sind.Acoustic microscope according to one of claims 1 to 5, characterized in that the detection means are designed as capacitive sensors. Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsmittel als Feldeffekttransistoren oder als Einzelelektronentransistoren ausgeführt sind.Acoustic microscope according to one of claims 1 to 5, characterized in that the detection means are designed as field-effect transistors or as single-electron transistors. Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Anregungsmittel ein gepulster Elektronenstrahl (7) oder ein gepulster Laserstrahl Verwendung findet, der auf die zu untersuchende Oberfläche des Cantileverchips (1) beziehungsweise der Probe (6) auftreffen kann.Acoustic microscope according to one of Claims 1 to 9, characterized in that a pulsed electron beam ( 7 ) or a pulsed laser beam, which is applied to the surface of the cantilever chip ( 1 ) or the sample ( 6 ). Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Anregungsmittel eine Rastersonde (11, 13, 15, 16) Verwendung findet, die Schwingungen in Richtung (z) auf die zu untersuchende Oberfläche des Cantileverchips (1) beziehungsweise der Probe (6) ausführen kann.Acoustic microscope according to one of Claims 1 to 9, characterized in that a scanning probe ( 11 . 13 . 15 . 16 ) Is used, the vibrations in the direction (z) on the surface of the cantilever chip to be examined ( 1 ) or the sample ( 6 ). Akustik-Mikroskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastersonde als Tunnelspitze (11) ausgeführt ist.Acoustic microscope according to claim 11, characterized in that the scanning probe as a tunnel tip ( 11 ) is executed. Akustik-Mikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastersonde als kraftmikroskopische Spitze (13) ausgeführt ist. Acoustic microscope according to claim 12, characterized in that the scanning probe as kraftmikroskopische tip ( 13 ) is executed. Akustik-Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastersonde als Ultraschallschwinger (15) ausgeführt ist, der beispielsweise als Stimmgabel oder als Quarzstübchen ausgeführt ist.Acoustic microscope according to claim 1, characterized in that the scanning probe as ultrasonic transducer ( 15 ) is executed, which is designed for example as a tuning fork or Quarzstübchen. Akustik-Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastersonde als nahleldoptische Sonde (16) ausgeführt ist, die vorzugsweise eine tetraederförmige Spitze umfasst.Acoustic microscope according to claim 1, characterized in that the scanning probe as nahleldoptische probe ( 16 ), which preferably comprises a tetrahedral tip. Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz des Elektronenstrahls (7) oder Laserstrahls beziehungsweise die Schwingungsfrequenz der Rastersonde (11, 13, 15, 16) einer Resonanzfrequenz des mindestens einen Cantilevers (2, 9) entspricht.Acoustic microscope according to one of claims 11 to 16, characterized in that the pulse frequency of the electron beam ( 7 ) or laser beam or the oscillation frequency of the scanning probe ( 11 . 13 . 15 . 16 ) of a resonant frequency of the at least one cantilever ( 2 . 9 ) corresponds. Akustik-Mikroskop nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Akustik-Mikroskop mindestens zwei Cantilever (2, 9) mit voneinander verschiedenen Resonanzfrequenzen umfasst, wobei vorzugsweise unterschiedliche dieser Frequenzen bei der Anregung durch die Rastersonde (11, 13, 15, 16) oder den Elektronen- (7) oder Laserstrahl genutzt werden können.Acoustic microscope according to claim 15, characterized in that the acoustic microscope comprises at least two cantilevers ( 2 . 9 ) with mutually different resonance frequencies, wherein preferably different of these frequencies during the excitation by the scanning probe ( 11 . 13 . 15 . 16 ) or the electron ( 7 ) or laser beam can be used. Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Cantilever (2, 9) eine nichtlineare Federkonstante aufweisen, insbesondere mit einer quadratischen Kennlinie.Acoustic microscope according to one of Claims 1 to 18, characterized in that the cantilever (s) ( 2 . 9 ) have a nonlinear spring constant, in particular with a quadratic characteristic. Vorrichtung für die optische Nahfeldmikroskopie mit einem Akustik-Mikroskop nach einem der Ansprüche 16 bis 19, umfassend eine nahfeldoptische Sonde (16) und Regelmittel zur Regelung des Abstands der Sonde (16) von der zu untersuchenden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelmittel den mindestens einen Cantilever (2, 9) und die Detektionsmittel (3) umfassen.Device for optical near-field microscopy with an acoustical microscope according to one of Claims 16 to 19, comprising a near-field-optical probe ( 16 ) and control means for controlling the distance of the probe ( 16 ) of the surface to be examined, characterized in that the control means comprise the at least one cantilever ( 2 . 9 ) and the detection means ( 3 ). Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die nahfeldoptische Sonde (16) eine tetraederförmige Spitze (17) umfasst.Apparatus according to claim 19, characterized in that the near-field optical probe ( 16 ) a tetrahedral tip ( 17 ). Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als nahfeldoptische Sonde eine Fasersonde Verwendung findet.Device according to claim 19, characterized in that a fiber probe is used as near-field optical probe.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021256991A1 (en) * 2020-06-18 2021-12-23 Agency For Science, Technology And Research A light-acoustic system and a method for detecting an anomaly in a structure

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5339289A (en) * 1992-06-08 1994-08-16 Erickson Jon W Acoustic and ultrasound sensor with optical amplification
US5431055A (en) * 1989-02-17 1995-07-11 Hitachi, Ltd. Surface measuring apparatus using a probe microscope
DE69023296T2 (en) * 1989-08-16 1996-04-04 Hitachi Ltd Method and device for acquiring a photoacoustic signal.
DE4324983C2 (en) * 1993-07-26 1996-07-11 Fraunhofer Ges Forschung Acoustic microscope
EP0728322A1 (en) * 1994-09-09 1996-08-28 Ulrich Fischer Microscopic electromagnetic radiation transmitter or detector
US5615675A (en) * 1996-04-19 1997-04-01 Regents Of The University Of Michigan Method and system for 3-D acoustic microscopy using short pulse excitation and 3-D acoustic microscope for use therein

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5431055A (en) * 1989-02-17 1995-07-11 Hitachi, Ltd. Surface measuring apparatus using a probe microscope
DE69023296T2 (en) * 1989-08-16 1996-04-04 Hitachi Ltd Method and device for acquiring a photoacoustic signal.
US5339289A (en) * 1992-06-08 1994-08-16 Erickson Jon W Acoustic and ultrasound sensor with optical amplification
DE4324983C2 (en) * 1993-07-26 1996-07-11 Fraunhofer Ges Forschung Acoustic microscope
EP0728322A1 (en) * 1994-09-09 1996-08-28 Ulrich Fischer Microscopic electromagnetic radiation transmitter or detector
US5615675A (en) * 1996-04-19 1997-04-01 Regents Of The University Of Michigan Method and system for 3-D acoustic microscopy using short pulse excitation and 3-D acoustic microscope for use therein

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Dâna, F. Ho, and Y. Yamamoto: "Mechanical parametric amplification in piezoresistive gallium arsenide microcantilevers", Appl. Phys. Lett. 72, pp. 1152-1154 (1998) *
A. Rosencwaig: "Thermal-Wave Imaging in a Scanning Electron Microscope". Ann. Rev. Mater. Sci. 15, pp. 103-118 (1985) *
B.Y. Zhang, X. Liu, Q.R. Yin, L.J. Balk: "Scanning near field acoustic microscopies for the evaluation of polycrystalline materials", Acoustical Imaging, Vol. 23, pp. 19-24, The 23rd International Symposium on Acoustical Imaging (13.-16.4.1997, Boston, Massachusetts, U.S.A.) *
E. Brandis, A. Rosencwaig: "Thermal-wave microscopy with electron beams", Appl. Phys. Lett. 37, pp. 98-100 (1980) *
K. Takata: "Tunneling acoustic microscopy," Ultrasonics Symposium, 1992. Proceedings, IEEE 1992 , pp. 723-729 vol. 2, 20-23 Oct 1992 *
M. Allegrini et al.: "Laser light effects on force sensors in atomic-force microscopes". Proc. SPIE 1726, pp. 168-173 (1992) *

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