DE202010013458U1

DE202010013458U1 - Sonde für aperturlose Nahfeldmikroskopie und/oder für Ramanspektroskopie

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Publication number: DE202010013458U1
Application number: DE202010013458U
Authority: DE
Original assignee: Eberhard Karls Universitaet Tuebingen
Current assignee: Eberhard Karls Universitaet Tuebingen
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2020-09-24

Abstract

Sonde für aperturlose Nahfeldmikroskopie und/oder für Raman-Spektroskopie, bestehend aus einem nichtmetallischen, spitz zulaufenden Träger, der in einem schmalen Plateau endet, auf welchem eine plasmonische Nanostruktur aus einem vom Trägermaterial verschiedenen Vollmaterial in Form eines Kegels mit einstellbarer Größe räumlich definiert angebracht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonde für die aperturlose Nahfeldmikroskopie und/oder für die Raman-Spektroskopie, die eine hohe Signalverstärkung und eine definiert einstellbare Resonanzfrequenz liefert und gleichzeitig eine Geometrie aufweist, die es ermöglicht, die Sonden in einem einheitlichen Verfahren in großer Zahl herzustellen.
Optische Nahfeldmikroskopie ist ein Verfahren, bei welchem das räumlich stark lokalisierte evaneszente Nahfeld einer Rastersonde genutzt wird, um optische Abbildungen von Oberflächen mit räumlicher Auflösung jenseits des Beugungslimits zu erzielen. Im Fall von spitzenverstärkter Raman-Spektroskopie wird dabei an jedem Punkt der abzubildenden Fläche ein Ramanspektrum aufgenommen. Durch Filterung nach charakteristischen Linien können daraus chemisch spezifische Abbildungen mit Auflösungen unter 100 nm erreicht werden. Theoretisch wurde die Möglichkeit der optischen Nahfeldmikroskopie von E. H. Synge 1928 vorhergesagt. Erste Realisierungen für Licht Im sichtbaren Spektralbereich wurden 1984 demonstriert (D. W. Pohl, W. Denk, M. Lanz, Appl. Phys. Lett. 44(1984) 651–653; A. Lewis, M. Isaacson, A. Harootunian, A. Murray, Ultramicroscopy, 13(1984) 227–231). Hierbei handelte es sich um Nahfeldmikroskopie mit Aperturspitzen. Die Oberfläche wird entweder durch einen spitz zulaufenden ummantelten Lichtleiter mit einer kleinen Austrittsöffnung beleuchtet, während das erzeugte Signal mit einem Objektiv im Fernfeld detektiert wird, oder die Beleuchtung erfolgt aus dem Fernfeld, während die Aperturspitze eingesetzt wird, um das Nahfeld mit hoher Ortsauflösung zu detektieren (B. Hecht, B. Sick, U. P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O. J. F. Martin, D. Pohl, J. Chem. Phys. 112(2000) 7761–7774). Optische Nahfeldmiskrokopie (Nearfield Scanning Optical Microscopy, NSOM, oder Scanning Near-field Optical Microscopy, SNOM) mit Aperturspitzen ist z. B. in US 5354985 A und EP 0112401 B1 beschrieben. Aperturspitzen aus lichtleitendem Material und einer metallischen Ummantelung mit einer Austrittsöffnung sind in verschiedenen Ausführungen, z. B. als Glasfaserspitzen oder Cantilever, bekannt (z. B. aus WO-00/72076 A1 ; EP 0367267 B1 ; DE 198 22 871 C2 ; DE 600 30 178 T2 ; DE 699 28 474 T2 ; US 6156215 A ; eine Variante mit integriertem Bragg-Gitter ist in DE 196 30 650 C2 beschrieben). Eine Problematik von NSOM mit Aperturspitzen liegt jedoch in der geringen Intensität, die durch die Aus- bzw. Eintrittsöffnung übertragen werden kann. Zudem weist die optische Strahlung an der Öffnung eine endliche Eindringtiefe in die Metallschicht auf, wodurch der Öffnungsdurchmesser scheinbar vergrößert wird. Dadurch ist die potentielle Auflösung typischer Weise auf mehrere 10 nm begrenzt (L. Novotny, D. W. Pohl, B. Hecht, Opt. Lett. 20(1995) 970–972).
Eine Verbesserung der Auflösung ist mittels aperturloser Nahfeldmikroskopie (aNSOM) beziehungsweise Nahfeldmikroskopie durch Lichtstreuung (scattering SNOM, sSNOM) möglich (S. Kawata, Y. Inouye, Ultramicroscopy 57(1995) 313–317; L. Novotny, E. J. Sanchez, X. S. Xie, Ultramicroscopy 71(1998) 21–29; US 4947034 A ; US 6002471 A ; US 7247842 B ).
Hierbei wird extern eingestahltes Licht auf eine scharfe metallische Spitze fokussiert und an dieser gestreut. Bekannte Anordnungen sind z. B. Fokussierung eines Laserstrahls (C) auf die Spitze (A) durch eine Linse (D) in Transmissionsanordnung durch eine transparente Probe (E) ( ), Fokussierung eines Laserstrahls (C) auf die Spitze (A) durch eine Linse (D) in seitlicher Beleuchtungsanordnung ( ), oder Fokussierung eines Laserstrahls (C) auf die Spitze (A) mittels eines Parabolspiegels (F) in Reflexionsanordnung ( ). In einer theoretischen Arbeit wird eine hohe Effizienz für eine rückwärtige Anregung einer Metallstruktur (A) durch eine dielektrische Faser (B) vorhergesagt (X. -W. Chen, V. Sandoghdar, M. Agio, Opt. Express 18(2010) 10878–10887) ( ). In allen Fällen wirkt die Spitze als optische Antenne für das einfallende Licht. Im Metall der Spitze werden kollektive Oszillationen der Leitungselektronen (Plasmonen) angeregt, die zu einem evaneszenten elektrischen Nahfeld mit hoher Feldintensität an der Spitze führen. Im Fall von ausgedehnten Metallstrukturen sind die Plasmonen in Form von Oberflächenplasmonen auf die Metall-Dielektrikum-Grenzschicht eingeschränkt. Für definierte Nanostrukturen mit Abmessungen von der Größenordnung 100 nm in alle Raumrichtungen sind die Plasmonen auf das Volumen der Nanostruktur eingeschränkt. Diese lokalisierten Oberflächenplasmonen weisen im Allgemeinen eine definierte Plasmonen-Resonanzfrequenz auf, die durch die Größe, Form und dielektrische Umgebung der Nanostruktur beeinflusst werden kann. Das an der Spitze konzentrierte Feld wird jeweils als Nahfeldsonde eingesetzt. Die Ortsauflösung ist dabei im Wesentlichen durch den Spitzenradius definiert. Mit diesem Verfahren konnten Auflösungen bis zu wenigen Nanometern gezeigt werden (z. B. J. Wessel, JOSA B 2(1985) 1538–1541; M. Specht, J. D. Pedamig, W. M. Heckt, T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 68(1992) 476–479); F. Zenhausern, Y. Martin, H. K. Wickramasinghe, Science 269(1995) 1083–1085; N. Anderson, A. Hartschuh, S. Cronin, L. Novotny, J. Am. Chem. Soc. 127(2005) 2533–2537).
Bis zum heutigen Zeitpunkt stellen der Mangel an und die mangelnde Reproduzierbarkeit von geeigneten aperturlosen, Nahfeldspitzen eine wesentliche Hürde für aNSOM dar. Häufigste Realisierungen von aNSOM-Sonden sind:

– elektrochemisch geätzte Metalldrähte (z. B. L. Eligal, F. Culfaz, V. McCaughan, N. I. Cade, D. Richards, Rev. Sci. Instrum. 80(2009) 033701, als Glas-ummantelte Varianten niedergelegt in DE 41 06 548 C2 oder US 2009/0022456 A1 );
– mit einer dünnen Schicht metallisierte Spitzen (z. B. Y. Saito, P. Verma, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 46(2009) 20101; in Ausführung als teilweise metallisierte dielektrische Spitze in DE 10 2004 056 241 B4 ; in Ausführung als Polyeder-Spitzen z. B. in DE 42 31 426 A1 beschrieben);
– Dünnschicht-metallisierte und kurzfristig erhitzte Spitzen, die isolierte metallische Inseln ausbilden;
– nichtmetallische Spitzen, an welchen sphärische Metallpartikel befestigt werden (O. Sqalli, M. -P. Bernal, P. Hoffmann, F. Marquis-Weible, Appl. Phys. Lett. 76(2000) 2134–2136; T. Kalkbrenner, M. Ramstein, J. Mlynek, V. Sandoghdar, J. Microsc. 202(2001) 72–76; H. G. Frey, F. Keilmann; A. Kriele, R. Guckenberger, Appl. Phys. Lett. 81(2002) 5030–5032; S. -K. Eah, H. M. Jaeger, N. F. Scherer, G. P. Wiederrecht, X. -M. Lin, Appl. Phys. Lett. 86(2005) 031902; Z. H. Kim, S. R. Leone, J. Phys. Chem. B 110(2006) 19804; P. Olk, J. Renger, T. Härtling, M. T. Wenzel, L. M. Eng, Nano Lett. 7(2007) 1736–1740; Y. Gan, Rev. Sci. Instrum. 78(2007) 081101; M. T. Wenzel, T. Härtling, P. Olk, S. C. Kehr, S. Grafstrom, S. Winnerl, M. Helm, L. M. Eng, Opt. Express 16(2008) 12302–12312; ein Verfahren zur Herstellung der Spitzen ist in DE 10 2007 027 508 A1 und in DE 10 2007 027 509 A1 dargestellt);
– sphärische oder nanokristalline Metallpartikel, die durch Wachstum von Nanodrähten an der Spitze von Cantileverpyramiden selbstjustierte Sondenspitzen bilden ( US 7572300 B2 );
– lokal begrenzte metallische Beschichtungen oder Nanostäbchen, die mit einem fokussierten Gallium-Ionenstrahl definiert werden (J. N. Farahani, D. W. Pohl, H. -J. Eisler, B. Hecht, Phys. Rev. Lett. 95(2005) 017402; T. H. Taminiau, R. J. Moerland, F. B. Segerink, L. Kuipers, N. F. van Hulst, Nano Lett. 7(2007) 28–33; Y. Zou, P. Steinvurzel, T. Yang, K. B. Crozier, Appl. Phys. Lett. 94(2009) 171107);
– Alternativ wurde kürzlich gezeigt, dass lange metallische Antennen mittels Elektronenstrahl-induzierter Abscheidung von Metallen (Electron Beam Induced Deposition, EBID) direkt gewachsen werden oder anschließend mit einer Metallschicht überzogen werden können (F. De Angelis, G. Das, P. Candeloro, M. Patrini, M. Galli, A. Bek, M. Lazzarino, I. Maksymov, C. Liberale, L. C. Andreani, E. Di Fabrizio, Nature Nanotech. 5(2010) 67–72; WO 2010/035213 A1 ).

Die edelmetallischen Spitzen können zusätzlich mit einer mechanisch stabilen dünnen Schutzschicht versehen sein ( WO 2009/085184 A1 ). Alternativ zur Plasmonen-Anregung durch Licht kann das optische Nahfeld an der Sondenspitze auch durch elektrische Anregung erzeugt werden ( DE 10 2006 020 727 B4 ) oder als lumineszierende Halbleiterspitze ausgeführt sein ( DE 195 04 662 C2 ).
Jede dieser Anordnungen weist individuelle Schwierigkeiten oder Beschränkungen auf. Elektrochemisch geätzte Spitzen können mit Spitzenradien von ca. 10 nm hergestellt werden. Allerdings ist die Ausbeute an scharfen Spitzen relativ gering.
Durch die ausgedehnte Geometrie in Längsrichtung sind die Plasmonen nicht lokalisiert, und die Spitze stellt keine wohldefinierte optische Antenne mit einstellbarer Resonanzfrequenz dar. Dasselbe gilt für Dünnschicht-metallisierte Spitzen. Hier gibt es erste Ansätze, die Resonanzfrequenz über den Brechungsindex einer variablen dünnen Zwischenschicht zu steuern (X. Cui, W. Zhang, B. -S. Yeo, R. Zenobi, C. Hafner, D. Erni, Opt. Express 15(2007) 8309–8316; A. Taguchi, N. Hayazawa, Y. Saito, H. Ishitobi, A. Tarun, S. Kawata, Opt. Express 17(2009) 6509–6518). Erhitzen von Dünnschicht-metallisierten Spitzen führt zu einem Aufbrechen der Schicht und zur Bildung metallischer Inseln. Isolierte Inseln an der Spitze wirken als lokalisierte Nanostrukturen. Durch den Herstellungsprozess sind ihre Abmessungen und damit optischen Eigenschaften jedoch nicht kontrollierbar. Mit Nanokügelchen dekorierte Spitzen stellen ein wohldefiniertes System dar. Die Größe der chemisch synthetisierten Nanostruktur kann vorausgewählt werden und hat im Vorfeld bekannte optische Eigenschaften. Der Nachteil dieser Geometrie ist neben einer recht aufwändigen Herstellungsmethode, dass ein Kompromiss für das Kugelvolumen gefunden werden muss. Geringe Radien und damit Volumina führen zu hoher Ortsauflösung. Da die Intensität des gestreuten Nahfeldes jedoch mit dem Volumen skaliert, kann mit sehr kleinen Kugeln kein ausreichender Bildkontrast erzielt werden. Größere Kugeln liefern entsprechend höhere Intensitäten, verschlechtern jedoch zugleich die erzielbare Auflösung. Ätzen mit einem fokussierten Ga-Ionenstrahl erlaubt gute Kontrolle über die dreidimensionale Form der hergestellten Spitzenstruktur. Kritikpunkte sind hier die Kontamination des Edelmetalls durch Implantation von Gallium-Ionen, wodurch die optischen Eigenschaften der Spitze negativ beeinflusst werden, sowe die Schwierigkeit, sehr spitz zulaufende Spitzen zu formen. Änhliches gilt für Elektronenstrahl-induzierte Abscheidung von Spitzen. Sich verjüngende Metallsäulen können mit guter Kontrolle über ihre Position abgeschieden werden. Das Metall ist jedoch mit einem beträchtlichen Prozentsatz an Kohlenstoff verunreinigt und bildet typischer Weise keine ultrascharfen Spitzen aus.
Sondenspitzen-Geometrien, bestehend aus einem sich konisch verjüngenden metallisierten Lichtleiter mit einer metallischen Kegelspitze im Anschluss an einen freiliegenden Bereich bzw. einer kegelförmigen Spitze auf einem mit Beleuchtungsschlitzen versehenen Metallschirm, sind in DE 195 22 546 C2 und DE 10 2006 040 057 A1 dargestellt. Diese Vorrichtungen weisen jedoch Geometrien zur rückwärtigen Einkopplung von Licht ohne Angaben zu deren technischer Realisierung dar. Eine Anordnung von metallischen Kegeln, die in runde Öffnungen in einer umgebenden Schicht mit einer der Kegelhöhe vergleichbaren Dicke integriert sind, wurde in EP 1148370 A2 vorgeschlagen. Die umgebende Schutzschicht wirkt sich negativ auf die Auflösung der Anordnung aus. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird als Verfahren(Photo-)Lithografie von Positivlack vorgeschlagen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sonde für die aperturlose Nahfeldmikroskopie und/oder für die Raman-Spektroskopie bereit zu stellen, die eine hohe Signalverstärkung und eine definiert einstellbare Resonanzfrequenz liefert und die gleichzeitig eine Geometrie aufweist, die es ermöglicht, die Sonden in einem einheitlichen Verfahren in großer Zahl reproduzierbar herzustellen.
Gemäß Anspruch 1 wird diese Aufgabe durch eine wohl definierte spitz zulaufende Sonde in Kegelform gelöst. Die bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Sonde besteht aus einem nichtmetallischen, spitz zulaufenden Träger, wie z. B. einer dielektrischen Faserspitze ( ), E) oder einem Rasterkraftmikroskopie-Cantilever ( ), A, B) bzw. ), A, D). Der Träger endet in einem schmalen Plateau, auf welchem ein mit Methoden der Nanotechnologie herstellbarer individueller plasmonischer Nanokegel definiert angebracht ist ( ), b), c), C). Die Abmessungen des Basisdurchmessers und der Kegelhöhe sind von der Größenordnung 100 nm.
Im Gegensatz zu bisher realisierten Vorrichtungen besteht die erfindungsgemäße Sonde aus einer räumlich wohl definierten Nanostruktur in konischer Form, die mit nanotechnologischen Methoden subtraktiv aus einem Metallfilm geformt wird und an einer Rastersonde angebracht ist. Die optische Antenne hat eine definierte Plasmonen-Resonanzfrequenz, die über die Größe der Struktur voreingestellt werden kann. Durch die Kegelform verfügt sie über einen Körper größeren Volumens für ausreichende Streuintensität bei gleichzeitiger Erhaltung einer scharfen Spitze bis zu unter 10 nm Radius für hochauflösende Abbildungen und hohe Feldverstärkung.
Durch Verwendung des subtraktiven Verfahrens, das die Kegelstruktur mit Hilfe einer Ätzmaske aus einer metallischen Schicht formt, bleibt das Ausgangsmaterial weitgehend intakt.
Die erfindungsgemäße Nahfeld-Rastersonde stellt mit ihrer wohl definierten metallischen Spitze in Kegelform eine besonders gut geeignete Geometrie dar, die die Vorteile der bekannten sSNOM Sondenspitzen aufweist und deren Nachteile vermeidet.
Ausführungsbeispiele
Die erfindungsgemäßen Sonden ( ) lassen sich beispielsweise in drei unten beschriebenen Verfahren herstellen.
Im ersten Ansatz wird eine nichtmetallische Spitze ( ), F) oder ein Cantilever mit einer Rasterkraftmikroskopie-Sondenspitze ( ), A) als Träger für den Nanokegel (E) verwendet. Der Träger formt an der Spitze ein geeignetes Plateau aus, z. B. durch geeignetes Ziehen von Spitzen, oder durch fokussiertes Ionenätzen. Das Plateau und das umliegende Material werden mit einem plasmonischen Metall (C), z. B. Gold, Silber, Kupfer oder Platin, und ggf. entsprechenden Haftschichten (B) beschichtet, z. B. durch thermisches oder Elektronenstrahl-assistiertes Bedampfen oder Sputtern. Auf das Metall wird lokal eine Ätzmaske (D) aufgebracht. Beispiele, hierfür sind Masken durch Elektronenstrahl-induzierte Abscheidung oder Kontaminations-Masken (z. B. I. Utke, P. Hoffmann, J. Melngailis, J. Vac. Sci. Technol. B 26(2008) 1197–1276; A. Weber-Bargioni, A. M. Schwartzberg, M. Schmidt, B. Harteneck, D. F. Ogletree, P. J. Schuck, S. Cabrini, Nanotechnol. 21(2010) 065306; A. N. Broers, W. W. Motzen, J. J. Cuomo, N. D. Wittels, Appl. Phys. Lett. 29(1976) 596–598). Beispielsweise kann die Maske punktförmig oder als Säule mit einem Durchmesser von unter 100 nm aus Materialien wie Siliziumdioxid oder Kohlenstoff ausgeführt werden. Die Maske wird durch Ätzen mit chemisch inerten Edelgas-Ionen in das Metall übertragen, wobei ein Nanokegel (E) gewünschter Höhe entsteht (M. Fleischer, A. Weber-Bargioni, M. V. P. Altoe, A. M. Schwartzberg, P. J. Schuck, S. Cabrini, D. P. Kern, eingereicht). Die Anordnung kann als optische Sondenspitze eingesetzt werden.
Im zweiten Ansatz ( ) wird ein ebenes Trägermaterial (A), z. B. ein Cantileverbalken ohne Rasterspitze, mit einer Schicht (B) bedeckt, die als Abstandhalter dient und deren Dicke sich in der Größenordnung von Mikrometer(n) bewegt. Beispielsweise können Silziumoxid, Silizium oder Bismut verwendet werden. Diese Schicht wird mit einer Dünnschicht eines plasmonischen Metalls (D), z. B. Gold, Silber, Kupfer oder Platin, und ggf. entsprechenden Haftschichten (C) beschichtet. Auf diese Schicht wird an geeigneter Stelle eine lokale Ätzmaske (E) aufgebracht. Techniken zur Aufbringung sind z. B. Elektronenstrahllithografie, Elektronenstrahl-induzierte Abscheidung, oder Kontaminations-Masken, beispielsweise aus Kohlenstoff (z. B. F. Stade, A. Heeren, M. Fleischer, D. P. Kern, Microelectron. Eng. 84(2007) 1589–1592; M. Fleischer, F. Stade, A. Heeren, M. Häffner, K. Braun, C. Stanciu, R. Ehlich, J. K. H. Hörber, A. J. Meixner, D. P. Kern, Microelectron. Eng 86(2009) 1219–1221; M. Fleischer, D. Zhang, K. Braun, S. Jäger, R. Ehlich, M. Häffner, C. Stanciu, J. K. H. Hörber, A. J. Meixner, D. P. Kern, Nanotechnol. 21(2010) 065301; I. Utke, P. Hoffmann, J. Meingailis, J. Vac. Sci. Technol. B 26(2008) 1197–1276; A. Weber-Bargioni, A. M. Schwartzberg, M. Schmidt, B. Harteneck, D. F. Ogletree, P. J. Schuck, S. Cabrini, Nanotechnol. 21(2010) 065306; A. N. Broers, W. W. Motzen, J. J. Cuomo, N. D. Wittels, Appl. Phys. Lett. 29(1976) 596–598; Diplomarbeit B. Zeeb, Universität Tübingen (2010)). Beispielsweise kann die Maske punktförmig oder als Säule mit einem Durchmesser von unter 100 nm aus Materialien wie Elektronenstrahllacken, z. B. Hydrogensylsesqioxan oder NEE, aus Siliziumdioxid oder Kohlenstoff ausgeführt werden. Die Maske wird durch Ätzen mit chemisch inerten Edelgas-Ionen in das Metall übertragen. Anschließend wird die Abstandhalter-Schicht auf der gesamten Fläche außerhalb der Nanostruktur entfernt, beispielsweise durch reaktives Ionenätzen oder durch Ätzen in einem Edelgas-Plasma. Hierdurch entsteht eine Trägersäule in der. Höhe der Abstandshalter-Schicht, an deren Spitze sich anhand des selbstjustierten Prozesses der Kegel(stumpf) befindet (Diplomarbeit B. Zeeb, Universität Tübingen (2010), B. Zeeb, S. Jäger, C. Schäfer, P. Nill, A. J. Meixner, D. P. Kern, M. Fleischer, eingereicht). Der Edelgas-Ätzprozess wird fortgesetzt, bis ein Nanokegel (F) gewünschter Höhe entsteht. Die Anordnung kann als optische Sondenspitze eingesetzt werden.
In einem dritten Verfahren ( ) wird das Plateau eines Trägers, z. B. einer dielektrischen Faser (E) oder einer Cantilever-Spitze (F), mit einer Molekülschicht (D) chemisch funktionalisiert (analog zu T. Kalkbrenner, M. Ramstein, J. Mlynek, V. Sandoghdar, Journal of Microscopy 202(2001) 72–76; P. Olk, J. Renger, T. Härtling, M. T. Wenzel, L. M. Eng, Nano Lett. 7(2007) 1736–1740; das Verfahren ist in DE-10 2007 027 508 A1 beschrieben, wurde jedoch nicht mit der dort gemeldeten Vorrichtung durchgeführt). Plasmonische Nanokegel (A), z. B. aus Gold, Silber, Kupfer oder Platin, mit geeigneten geometrischen Parametern werden auf einem planaren Substrat (B) hergestellt (entsprechend F. Stade, A. Heeren, M. Fleischer, D. P. Kern, Microelectron. Eng. 84(2007) 1589–1592; M. Fleischer, F. Stade, A. Heeren, M. Häffner, K. Braun, C. Stanciu, R. Ehlich, J. K. H. Hörber, A. J. Meixner, D. P. Kern, Microelectron. Eng 86(2009) 1219–1221; M. Fleischer, D. Zhang, K. Braun, S. Jäger, R. Ehlich, M. Häffner, C. Stanciu, J. K. H. Hörber, A. J. Meixner, D. P. Kern, Nanotechnol. 21(2010) 065301). Die Kegel werden in einem Transferprozess ( )– ) anhand einer Polymerschicht (C) vom Substrat gelöst, wodurch die Kegelflächen rückwärtig zugänglich werden. Das Transferverfahren folgt einer modifizierten Version des Schemas aus (E. J. Smythe, M. D. Dickey, G. M. Whitesides, F. Capasso, ACS Nano 27(2009) 59–65). Das funktionalisierte Plateau der Trägerspitze wird über einer Kegelfläche positioniert und an diese herangeführt. Es entsteht eine chemische Bindung zwischen Träger und Nanokegel; der nun aus dem einbettenden Transfermaterial befreit wird ( ), ). Die entstehende Nanokegel-Spitze kann als optische Sondenspitze eingesetzt werden.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonde für die aperturlose Nahfeldmikroskopie und/oder für die Raman-Spektroskopie, die eine hohe Signalverstärkung und eine definiert einstellbare Resonanzfrequenz liefert und gleichzeitig eine Geometrie aufweist, die es ermöglicht, die Sonden in einem einheitlichen Verfahren in großer Zahl herzustellen. Die erfindungsgemäße Sonde besteht aus einem nichtmetallischen, spitz zulaufenden Träger, der in einem schmalen Plateau endet, auf welchem eine plasmonische Nanostruktur aus einem vom Trägermaterial verschiedenen Vollmaterial in Form eines Kegels mit einstellbarer Größe räumlich definiert angebracht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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- WO 00/72076 A1 [0002]
- EP 0367267 B1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Sonde für aperturlose Nahfeldmikroskopie und/oder für Raman-Spektroskopie, bestehend aus einem nichtmetallischen, spitz zulaufenden Träger, der in einem schmalen Plateau endet, auf welchem eine plasmonische Nanostruktur aus einem vom Trägermaterial verschiedenen Vollmaterial in Form eines Kegels mit einstellbarer Größe räumlich definiert angebracht ist.
Sonde nach Anspruch 1, wobei der Träger aus einer dielektrischen Faserspitze oder einem Cantilever besteht.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spitze der Sonde einen Radius bis zu unter 10 nm aufweist.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die plasmonische Nanostruktur aus Gold, Silber, Kupfer, Platin oder Diamant besteht.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abmessungen der plasmonischen Nanostruktur definiert zwischen 10 Nanometern und 5 Mikrometer, insbesondere zwischen 50 Nanometer und 500 Nanometer betragen.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der spitz zulaufende Teil des Trägers aus einer zusätzlichen Schicht gefertigt ist, die z. B. aus Silziumoxid, Silizium oder Bismut besteht, und deren Dicke zwischen 0,5 und 50 Mikrometern beträgt.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die plasmonische Nanostruktur mit dem Träger durch eine chemische Bindung verbunden ist.