DE4231426A1 - Polyhedron tip near field optical sensor and opto-electronic transducer - has polyhedron tip with uncoated sharp edges and tip between side faces coated with films, e.g. of aluminium@, silver@ or gold@ - Google Patents

Polyhedron tip near field optical sensor and opto-electronic transducer - has polyhedron tip with uncoated sharp edges and tip between side faces coated with films, e.g. of aluminium@, silver@ or gold@

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DE4231426A1
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Hans-Ulrich Danzebrink
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    • G—PHYSICS
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Abstract

The polyhedron tip near field optical sensor and optoelectronic transducer are used as a submicroscopic electromagnetic transmitter or receiver. The polyhedron has sharp edges (K31,K23) between adjacent sides (P1-P3) and a tip (S) with a radius of curvature less than 100 nm. The body can be very different materials, e.g. transparent ones such as glass, photoconductive semiconducting or luminescent material. Two or more side faces are coated with thin films of material, pref. metals such as aluminium, silver or gold with the edges between them and the tip uncoated so that electrically conducting films are not connected via the edges or tip. USE - For in optical scanning near field raster microscopy.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Bei bekannten Anordnungen der optischen Nahfeldrastermikroskopie SNOM (Scanning Near Field Optical Microscopy) dient eine Spitze S mit submikroskopischen Abmessungen, die kleiner sind als die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung in Anordnung I (Fig. 2) als submikroskopische Empfangsantenne und in Anordnung II als Sendeantenne. In der Anordnung I ist die Spitze S über ein Übertragungsglied V1 mit einem Träger T verbunden, der Abmessungen hat, die größer sind als die Wellenlänge. V1 dient also dazu, elektromagnetische Energie zwischen einem Bereich mit Abmessungen, die kleiner sind als die Wellenlänge, nämlich der Spitze, und einem Bereich, der Abmessungen hat, die groß sind gegen die Wellenlänge, dem Träger zu übertragen. Die Spitze S und das Übertragungsglied V1 sind die wesentlichen, für die Ausführungsform des optischen Nahfeldmikroskopes charakteristischen, Komponenten. Der Träger ist über ein Übertragungsglied V2 mit dem Detektor D verbunden. V2 dient als Wellenleiter für die Fortleitung elektromagnetischer Strahlung zum Detektor. Der Detektor D dient zur Wandlung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung in ein elektrisches Meßsignal. Die Spitze S ist in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche des Objektes O angebracht. Ein Verschiebemodul N dient dazu, die Sonde relativ zum Objekt in drei Dimensionen zu verschieben. Von einer externen Quelle Q wird elektromagnetische Strahlung über ein Übertragungsglied V3 vom Außenraum der Sonde auf die Sonde eingestrahlt. Ist das Objekt O, wie in Anordnung I, Fig. 2 schematisch gezeigt, zwischen Detektor D und Spitze S einerseits und V3 und Q andererseits angeordnet, so handelt es sich bei der Anordnung um eine Transmissionsanordnung. Dabei müssen V3 und Q nicht senkrecht zu dem Objekt ausgerichtet sein. So dient z. B. bei der Photonentunnelmikroskopie (PSTM) (3) eine Glasplatte, auf der das Objekt adsorbiert ist, als Lichtleiterstruktur für Licht, das von dem Inneren der Glasplatte her unter einem Winkel der Totalreflexion schräg zur Oberfläche der Glasplatte eingestrahlt wird. Weiterhin können sich Q und V3 auch auf der gleichen Seite relativ zum Objekt befinden wie S und D. Dann spricht man von einer Reflexionsanordnung. Anordnung II unterscheidet sich von Anordnung I dadurch, daß die Positionen der Quelle Q und des Detektors D ausgetauscht sind. Bei der optischen Nahfeldmikroskopie wird ausgenutzt, daß das Objekt in unmittelbarer Nähe der Spitze, d. h. innerhalb der Reichweite des Nahfeldes der Spitze, das sich über eine Distanz in der Größenordnung des Krümmungsradius der Spitze erstreckt, eine Rückwirkung ausübt auf die Emission oder Absorption der Sonde, so daß das vom Detektor D empfangene Signal (optisches Nahfeldsignal) eine charakteristische Funktion des Abstandes zwischen Spitze und Objektoberfläche und auch der lokalen optischen Eigenschaften der Oberfläche des Objektes ist. Die Spitze S wird in einem Abstand der halben Wellenlänge bis zu weniger als einem nm über die Oberfläche des Objekts geführt. Der Abstand zur Objektoberfläche wird durch einen Regelprozeß konstant gehalten, wobei das optische Nahfeldsignal selbst zur Regelung des Abstandes dient. Die für die Regelung erforderliche Spitzennachführung wird als bildgebendes Signal aufgezeichnet, um eine Topographie der Oberfläche zu erhalten. Diese scheinbare Topographie weicht von der tatsächlichen Topographie der Oberfläche dadurch ab, daß das optische Nahfeldsignal nicht nur vom Abstand sondern auch von den optischen Eigenschaften der Objektoberfläche abhängig ist. Bei dem Verfahren der optischen Nahfeldmikroskopie ist aber gerade von besonderem Interesse, die optischen Eigenschaften der Oberfläche mit submikroskopischer Auflösung darzustellen. Dies geschieht z. B. bei besonders glatten Oberflächen dadurch, daß man die Sonde in konstanter Höhe über das Objekt führt und das optische Nahfeldsignal direkt aufzeichnet. Wird ein anderes Nahfeldhilfssignal zur Abstandsregelung eingesetzt, so kann das optische Nahfeldsignal direkt als Signal für die Bildgebung aufgezeichnet werden. Alternativ dazu können über eine Modulation des Abstandes oder der Wellenlänge des Lichtes im entsprechend modulierten optischen Nahfeldsignal Informationen über die lokalen optischen Eigenschaften des Materials erhalten werden. Die optische Nahfeldrastermikroskopie wurde in mehreren verschiedenen Versionen demonstriert, die sich im wesentlichen durch die Art der verwendeten Spitzen S, durch die Anordnungen der Sonden für das mikroskopische Verfahren, durch die Art der Beleuchtung der Sonde (Anordnung von Q zum Objekt), durch die Übertragungsglieder V1, V2, V3 für die Wege der Energieübertragung zwischen Spitze und Detektor einerseits und zwischen Quelle und Spitze andererseits unterscheiden. Der Erfindung liegt primär die Aufgabe zugrunde, eine neuartige effiziente Sonde für die optische Nahfeldmikroskopie zu beschreiben, betreffend die besondere Gestaltung der Spitze S und des Übertragungsgliedes V1 zum Träger T und auch eine weiterführende Integration der Bestandteile S, V1, T, V2 und D in Anordnung I bzw. der Bestandteile S, V1, T, V2 und Q in Anordnung II dergestalt, daß in der Anordnung I die Funktion der Signalwandlung des nahfeldoptischen Signals in ein elektrisches Signal in der Sonde integriert ist und daß in der Anordnung II die Funktion der Lichtquelle in der Sonde integriert ist; sekundär liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Wege für die Herstellung solcher Sonden zu beschreiben und deren Anordnungen für die SNOM zu beschreiben. Die der hier erfundenen Sonde am nächsten kommenden Sonden, die bereits früher beschrieben wurden, sindIn known arrangements of optical near-field scanning microscopy SNOM (Scanning Near Field Optical Microscopy), a tip S with submicroscopic dimensions is used, which are smaller than the wavelength of the electromagnetic radiation used in arrangement I ( FIG. 2) as a submicroscopic receiving antenna and in arrangement II as a transmitting antenna. In the arrangement I, the tip S is connected via a transmission element V 1 to a carrier T which has dimensions which are greater than the wavelength. V 1 thus serves to transmit electromagnetic energy between a region with dimensions that are smaller than the wavelength, namely the tip, and a region that has dimensions that are large against the wavelength, the carrier. The tip S and the transmission element V 1 are the essential components which are characteristic of the embodiment of the near-field optical microscope. The carrier is connected to the detector D via a transmission element V 2 . V 2 serves as a waveguide for the transmission of electromagnetic radiation to the detector. The detector D is used to convert the received electromagnetic radiation into an electrical measurement signal. The tip S is attached in close proximity to the surface of the object O. A displacement module N serves to move the probe in three dimensions relative to the object. From an external source Q, electromagnetic radiation is radiated from the outside of the probe onto the probe via a transmission element V 3 . If the object O, as shown schematically in arrangement I, FIG. 2, is arranged between detector D and tip S on the one hand and V 3 and Q on the other hand, then the arrangement is a transmission arrangement. V 3 and Q need not be aligned perpendicular to the object. So z. B. in photon tunnel microscopy (PSTM) (3) a glass plate on which the object is adsorbed as a light guide structure for light that is radiated from the inside of the glass plate at an angle of total reflection obliquely to the surface of the glass plate. Furthermore, Q and V 3 can also be on the same side relative to the object as S and D. Then one speaks of a reflection arrangement. Arrangement II differs from arrangement I in that the positions of the source Q and the detector D are exchanged. Optical near-field microscopy takes advantage of the fact that the object in the immediate vicinity of the tip, ie within the range of the near field of the tip, which extends over a distance of the order of magnitude of the radius of curvature of the tip, has a reaction on the emission or absorption of the probe, so that the signal received by detector D (near-field optical signal) is a characteristic function of the distance between the tip and the object surface and also the local optical properties of the surface of the object. The tip S is guided at a distance of half the wavelength down to less than one nm above the surface of the object. The distance to the object surface is kept constant by a control process, the near-field optical signal itself being used to regulate the distance. The tip tracking required for the control is recorded as an imaging signal in order to obtain a topography of the surface. This apparent topography differs from the actual topography of the surface in that the near-field optical signal is dependent not only on the distance but also on the optical properties of the object surface. In the near-field optical microscopy method, however, it is of particular interest to display the optical properties of the surface with submicroscopic resolution. This happens e.g. B. on particularly smooth surfaces in that the probe is guided at a constant height over the object and the optical near-field signal is recorded directly. If another near-field auxiliary signal is used for distance control, the optical near-field signal can be recorded directly as a signal for imaging. Alternatively, information about the local optical properties of the material can be obtained by modulating the distance or the wavelength of the light in the appropriately modulated near-field optical signal. Near-field scanning optical microscopy has been demonstrated in several different versions, which differ essentially by the type of tips S used, by the arrangement of the probes for the microscopic method, by the type of illumination of the probe (arrangement from Q to the object), by the transmission elements Distinguish V 1 , V 2 , V 3 for the ways of energy transmission between tip and detector on the one hand and between source and tip on the other. The primary object of the invention is to describe a novel, efficient probe for near-field optical microscopy, relating to the special design of the tip S and the transmission element V 1 to the carrier T, and also a further integration of the components S, V 1 , T, V 2 and D in arrangement I or the components S, V 1 , T, V 2 and Q in arrangement II such that in arrangement I the function of signal conversion of the near-field optical signal is integrated into an electrical signal in the probe and that in the Arrangement II the function of the light source is integrated in the probe; Secondly, the invention has for its object to describe ways of producing such probes and to describe their arrangements for the SNOM. The probes closest to the probe invented here that have been described earlier are

  • a) die Sonde von Pohl, Denk und Lanz (1), bestehend aus einer in eine Spitze mündende Glas- oder Quarzfaser, die mit Metall beschichtet ist, derart, daß an der Spitze eine Öffnung in der Metallbeschichtung besteht. Diese Öffnung dient dazu, daß Licht, welches in die Faser eingekoppelt wird, nur von dieser Öffnung austritt. Die Merkmale, die unsere Sonde von der von Pohl et al beschriebenen Sonde unterscheidet, sind die unvollständige Beschichtung der Seitenflächen und die unbeschichteten Kanten zwischen den Seitenflächen, die eine wesentliche Voraussetzung für die Funktion der hier beschriebenen Art der Sonden sind.a) the probe by Pohl, Denk and Lanz (1), consisting of one in a tip-ending glass or quartz fiber with metal is coated, such that an opening in the tip There is a metal coating. This opening ensures that light, which is coupled into the fiber only from this opening exit. The features that make our probe different from that of Pohl et al described probe are the incomplete Coating of the side surfaces and the uncoated edges between the side surfaces, which is an essential requirement for the function of the type of probes described here.
  • b) Die Sonde von Betzig et al (2), die ganz ähnlich wie die von Pohl et al aus einer in eine Spitze mündenden mit Metall beschichteten Glasfaser besteht, deren Metallbeschichtung eine submikroskopische Öffnung an der Spitze hat. Auch hier sind die in die Spitze mündenden Seiten vollständig beschichtet.b) The probe from Betzig et al (2), which is very similar to that of Pohl et al from a tip ending with metal coated glass fiber, the metal coating of which submicroscopic opening at the tip. They are here too completely coated in the ends leading to the tip.
  • c) Die Sonde nach Reddick et al (3), bestehend aus einer zu einer Spitze zulaufenden Glasfaser ohne Metallbeschichtung.c) The probe according to Reddick et al (3), consisting of one to a tapered glass fiber without metal coating.
  • d) die Sonde nach Tortonese et al (4), bestehend aus einem mit Verfahren der Mikrolithographie hergestellten Balken aus SiN3, an dem eine Hohlpyramide angebracht ist, die an ihrer Spitze ein submikroskopisches Loch aufweist, das ähnlich wie im Fall der Sonden nach Pohl et al und Betzig et al dazu dient, daß das in die Hohlpyramide einfallende Licht nur durch diese Öffnung austrete. Der Balken, an dem die Pyramide angebracht ist, dient als Federbalken, dessen Auslenkung beim Abtastvorgang als Hilfsignal zur Regelung des Abstandes nach Art der bekannten Rasterkraftmikroskopie verwendet wird, während das optische Nahfeldsignal zur Darstellung der optischen Eigenschaften verwendet wird. Auch hier sind die in die Spitze mündenden Seiten vollständig beschichtet.d) the probe according to Tortonese et al (4), consisting of a bar made of microlithography made of SiN 3 , on which a hollow pyramid is attached, which has a submicroscopic hole at its tip, which is similar to the case of the probes according to Pohl et al and Betzig et al serve that the light incident in the hollow pyramid only exits through this opening. The bar on which the pyramid is attached serves as a spring bar, the deflection of which is used during the scanning process as an auxiliary signal for controlling the distance in the manner of the known atomic force microscopy, while the optical near-field signal is used to represent the optical properties. Here, too, the sides opening into the tip are completely coated.
  • e) die Sonde nach van Hulst et al (5), die identisch ist mit der von Tortonese et al bis auf den Unterschied, daß sie kein Loch an der Spitze des Hohlkegels hat.e) the probe according to van Hulst et al (5), which is identical to the from Tortonese et al except for the difference that they have no hole at the top of the hollow cone.

Nachteilig an den bekannten von Pohl et al oder von Betzig et al oder von Tortonese et al und von van Hulst et al beschriebenen Sonden ist, daß ein Hohlkegel oder eine Hohlpyramide aus stark reflektierendem metallischen Material als Übertragungsglied V1 dient, weil elektromagnetische Strahlung nur sehr abgeschwächt in eine metallische Hohlspitze eindringen kann, wenn diese Abmessungen hat, die kleiner sind als die Wellenlänge der Strahlung (17). Die Sonde nach Reddick et al in Form einer Glasspitze hat den wesentlichen Nachteil, daß Strahlung, die durch die Faser zur Spitze geleitet wird, fast vollständig im Bereich des sich verjüngenden Kegels, der in diesem Falle als Verbindungselement V1 dient, abgestrahlt wird, während nur ein sehr geringer Anteil der Strahlung in die Spitze gelangt. Die erfundene Spitze hat den Vorteil, daß der Verbindungsweg V1 effizienter gestaltet ist, d. h., daß eine effizientere Einkopplung von Strahlung in die Spitze ermöglicht wird. Diese Einkopplung in den Bereich der Spitze, der in seinen geometrischen Abmessungen vergleichbar oder kleiner als die Wellenlänge ist, wird durch die Geometrie der Spitze, die Wahl der Materialien und insbesondere die nur partielle Beschichtung der Seiten erreicht. Gleichzeitig erlaubt die besondere Form der Spitze Verkörperungen der Sonde, die eine Integration der Funktion des Detektors bzw. der Lichtquelle in die Sonde erlauben, was eine wesentliche Vereinfachung der Anordnungen für die optische Nahfeldmikroskopie mit sich führt.A disadvantage of the known probes described by Pohl et al or by Betzig et al or by Tortonese et al and by van Hulst et al is that a hollow cone or a hollow pyramid made of highly reflective metallic material serves as a transmission element V 1 because electromagnetic radiation is only very important weakened can penetrate into a hollow metal tip if it has dimensions that are smaller than the wavelength of the radiation ( 17 ). The Reddick et al probe in the form of a glass tip has the major disadvantage that radiation which is guided through the fiber to the tip is almost completely emitted in the region of the tapered cone, which in this case serves as connecting element V 1 , while only a very small proportion of the radiation reaches the tip. The invented tip has the advantage that the connection path V 1 is made more efficient, ie that a more efficient coupling of radiation into the tip is made possible. This coupling into the area of the tip, which is comparable in its geometric dimensions or smaller than the wavelength, is achieved by the geometry of the tip, the choice of materials and in particular the only partial coating of the sides. At the same time, the special shape of the tip allows the probe to be embodied, which allows the function of the detector or the light source to be integrated into the probe, which considerably simplifies the arrangements for optical near-field microscopy.

N. Kuck et al (6) beschreiben eine Sonde, in der die elektrooptische Anregung der Sonde zur Emission elektromagnetischer Strahlung in der Sonde integriert ist. Diese Sonde unterscheidet sich im Aufbau wesentlich von der hier beschriebenen. Kuck et al verwenden eine zu einer Spitze gezogene Glas-Kapillare, die im Inneren mit einem elektrolumineszierenden Material (ZnS) gefüllt ist. Das elektrolumineszierende Material ist in der Spitze eingebettet zwischen einem elektrisch leitenden Material im Inneren der Kapillare und einem optisch transparenten, elektrisch leitenden Material, mit dem die Spitze bedeckt ist und das wiederum kontaktiert ist mit einer metallischen äußeren Beschichtung der Kapillarspitze. Diese Sonde hat den wesentlichen Nachteil, daß das emittierte Licht die transparente elektrisch leitende Schicht durchdringen muß, während bei den hier beschriebenen Sonden die Lichtemission direkt an der Spitze bzw. Kante erfolgt.N. Kuck et al (6) describe a probe in which the electro-optical excitation of the probe for emission electromagnetic radiation is integrated in the probe. These The structure of the probe differs significantly from that here  described. Kuck et al use one to a tip drawn glass capillary inside with a electroluminescent material (ZnS) is filled. The electroluminescent material is embedded in the tip between an electrically conductive material inside the Capillary and an optically transparent, electrically conductive Material with which the tip is covered and this in turn is contacted with a metallic outer coating Capillary tip. The main disadvantage of this probe is that the light emitted the transparent electrically conductive Layer must penetrate, while the described here Probes the light emission directly at the tip or edge he follows.

Detaillierte Beschreibung der Polyederspitzen und ihrer bevorzugten VerkörperungenDetailed description of the polyhedron tips and their preferred embodiment Geometrie der SpitzenGeometry of the tips

Die erfundene Sonde hat die in Fig. 1 für den Fall der Tetraederspitze (n = 3) dargestellte Form eines zu einer Spitze zulaufenden Polyeders P aus geeignetem Material M. Einige der Seitenflächen Pj (j = 1,..,n) sind mit dünnen Filmen unterschiedlicher anderer Materialien Mj beschichtet, wobei die Spitze und Kanten Ki,j zwischen zwei benachbarten Flächen Pi und Pj unbeschichtet sind. Die Ausbildung der von der Spitze abgewandten Grundfläche P0 ist zunächst offen gelassen, es kann sich z. B. um eine geschliffene Fläche handeln, es kann sich aber auch nur um eine gedachte Trennfläche handeln zu einer Fortsetzung des Polyeders zu einem geeigneten Körper beliebiger Abmessung.The invented probe has the shape shown in FIG. 1 for the case of the tetrahedron tip (n = 3) of a polyhedron P tapering to a tip and made of a suitable material M. Some of the side surfaces P j (j = 1, .., n) are with thin films of different other materials coated Mj, the tip and edges K i, j between two adjacent surfaces Pi and P j are uncoated. The formation of the base surface P 0 facing away from the tip is initially left open. B. can be a ground surface, but it can also be just an imaginary interface to continue the polyhedron to a suitable body of any dimension.

Materialienmaterials

Das Material M der Spitze kann ein elektrooptisch passives Material sein wie Glas, Quarz, Saphir, Diamant oder aber auch ein elektrooptisch aktives Halbleitermaterial mit Eigenschaften der Photoleitfähigkeit oder der Lumineszenz wie z. B GaAs oder Si oder eine andere der typischen Halbleiterverbindungen. The material M of the tip can be an electro-optically passive Material like glass, quartz, sapphire, diamond or else an electro-optically active semiconductor material with properties the photoconductivity or the luminescence such as e.g. B GaAs or Si or another of the typical semiconductor compounds.  

Herstellungsverfahrenproduction method

Eine Herstellung solcher Polyederspitzen kann auf verschiedenste Weisen erfolgen. Einige Herstellungsverfahren sind im folgenden beschrieben. Verwendet man amorphe oder polykristalline Materialien wie z. B. Glas, so können Brüche in nahezu beliebigen Richtungen herbeigeführt werden. Durch mehrfaches Brechen eines Glasstreifens mit rechtwinkligem Querschnitt kann nach Art der Herstellung von Ultramikrotommessern (7) eine Tetraederspitze hergestellt werden. Solche Ultramikrotommesser dienen zur Herstellung von durchstrahlbaren Ultradünnschnitten einer Dicke bis hinab zu 30 nm für die Transmissionselektronenmikroskopie. Aus der Möglichkeit, so dünne Schnitte herzustellen, folgern wir, daß die Schneiden der Messer Krümmungsradien in der Größenordnung weniger nm haben. Es gelingt, Ultramikrotommesser so herzustellen, daß die Messerschneide mit zwei weiteren Bruchkanten in eine gemeinsame Spitze münden, die ebenfalls einen Krümmungsradius von nur wenigen nm besitzt. Die Aufnahme einer solchen Tetraederspitze mit dem Rasterelektronenmikroskop ist in Fig. 3 gezeigt.Such polyhedron tips can be produced in a wide variety of ways. Some manufacturing processes are described below. If amorphous or polycrystalline materials such as. B. glass, so breaks can be brought about in almost any direction. By repeatedly breaking a glass strip with a rectangular cross section, a tetrahedron tip can be produced in the manner in which ultramicrotome knives ( 7 ) are manufactured. Such ultramicrotome knives are used to produce transmissive ultrathin sections with a thickness down to 30 nm for transmission electron microscopy. From the possibility of making such thin cuts, we conclude that the cutting edges of the knives have radii of curvature of the order of a few nm. It is possible to manufacture ultramicrotome knives in such a way that the knife edge with two other breaking edges open into a common tip, which likewise has a radius of curvature of only a few nm. The recording of such a tetrahedron tip with the scanning electron microscope is shown in FIG. 3.

Dieses Verfahren des Brechens zur Herstellung von Tetraederspitzen ist auch auf andere Materialien übertragbar, insbesondere auch auf kristalline Materialien, bei denen Brüche bevorzugt entlang von ausgewählten Kristallebenen erfolgen. Halbleiterkristalle oder Quarzkristalle werden beispielsweise in einer bestimmten Kristallrichtung gezogen und anschließend unter definierten Winkeln in Scheiben (Wafer) zersägt, deren Oberflächen anschließend poliert werden. In einem bestimmten Winkel in Bezug zur Oberfläche verlaufen die materialspezifischen Spaltebenen. Durch kontrolliertes Anritzen und Spalten entlang dieser Ebenen lassen sich sehr exakte Ecken und Kanten herstellen.This method of breaking to make Tetrahedron tips can also be transferred to other materials, especially on crystalline materials where fractures occur preferably take place along selected crystal planes. Semiconductor crystals or quartz crystals are, for example, in a certain crystal direction and then under sawn at defined angles into wafers, the Surfaces are then polished. In a certain The angles with respect to the surface run material-specific gap levels. By controlled scoring and columns along these levels can be very exact corners and make edges.

Ferner ist es möglich, entsprechende Kanten und Flächen auch durch Verfahren des Schleifens und Polierens herzustellen. Es sei darauf hingewiesen, daß Diamantmesser für die Ultramikrotomie durch Schleifen hergestellt werden (8).It is also possible to produce corresponding edges and surfaces by methods of grinding and polishing. It should be noted that diamond knives for ultramicrotomy are made by grinding ( 8 ).

BeschichtungCoating

Die Seitenflächen Pj (j = 1,...,n) können mit einem dünnen Film eines Materials Mj beschichtet sein, wobei Mj vorzugsweise ein Metall wie Silber, Aluminium oder Gold sein kann, das durch thermisches Verdampfen oder aber auch durch andere Methoden aufgebracht werden kann. Insbesondere kann die Beschichtung zweier benachbarter Seitenflächen Pi und Pi+1 in zwei Schritten so erfolgen, daß die Kante Ki,i+1 unbeschichtet bleibt. Die Beschichtung der Seiten erfolgt nacheinander mit einem Metalldampfstrahl, der schräg zu einer die Kante schneidenden Achse gerichtet ist (α < 90°, siehe Fig. 4). Wählt man die Bedampfungsrichtung analog schräg zu einer die Spitze schneidenden Achse, so erreicht man, daß die Spitze unbeschichtet bleibt. Dies ist auch möglich, wenn es sich bei den zwei beschichteten Seiten nicht um benachbarte Seiten handelt. Handelt es sich bei der Polyederspitze z. B. um eine vierseitige Pyramidenspitze (n = 4), so können zwei gegenüberliegende, sich nur in der Spitze berührende, Seiten beschichtet werden, und zwar so, daß die Spitze und auch die beiden anderen Seiten unbeschichtet bleiben. In all diesen Fällen kann man so erreichen, daß kein elektrischer Kontakt zwischen den zwei Beschichtungen besteht. Diese letztere Eigenschaft kann auch dadurch erreicht werden, daß die beiden Beschichtungen sich zwar auf der Kante überlappen oder berühren, wobei die isolierende Wirkung dadurch erzeugt werden kann, daß die eine der Schichten, z. B. Aluminium passiviert wird, das heißt auf bekannte Art mit einer dünnen Oxidhaut versehen wird, bevor die zweite Schicht aufgetragen wird. Das Verfahren der gerichteten Metallbedampfung haben auch Betzig et al für einen ähnlichen Zweck bei der Herstellung einer Sonde für die optische Nahfeldmikroskopie verwendet, um nämlich den Konus einer Glasspitze so zu beschichten, daß die Spitze unbeschichtet bleibt. In diesem Fall bildet die unbeschichtete Glasspitze eine transparente Öffnung in der metallischen Hohlspitze, die aus der zusammenhängenden Metallbeschichtung des Glaskonus besteht. Der wesentliche Unterschied zu den hier beschriebenen Polyederspitzen besteht darin, daß im Fall von Betzig et al die Beschichtung des Glaskonus zusammenhängend und nicht in zwei voneinander optisch und elektrisch isolierte Segmente aufgeteilt ist. The side surfaces P j (j = 1, ..., n) can be coated with a thin film of a material M j , where M j can preferably be a metal such as silver, aluminum or gold, which can be formed by thermal evaporation or else by other methods can be applied. In particular, the coating of two adjacent side surfaces P i and P i + 1 can be carried out in two steps such that the edge K i, i + 1 remains uncoated. The sides are coated one after the other with a metal steam jet, which is directed obliquely to an axis intersecting the edge (α <90 °, see FIG. 4). If you choose the direction of vapor deposition analogously to an axis intersecting the tip, the result is that the tip remains uncoated. This is also possible if the two coated sides are not adjacent sides. Is it the polyhedron tip z. B. around a four-sided pyramid tip (n = 4), two opposite, only touching in the tip, sides can be coated, so that the tip and the other two sides remain uncoated. In all these cases, one can achieve that there is no electrical contact between the two coatings. This latter property can also be achieved in that the two coatings overlap or touch each other on the edge, the insulating effect can be produced in that the one of the layers, e.g. B. aluminum is passivated, that is provided in a known manner with a thin oxide skin before the second layer is applied. Betzig et al also used the method of directional metal vapor deposition for a similar purpose in the manufacture of a probe for near-field optical microscopy, namely to coat the cone of a glass tip so that the tip remains uncoated. In this case, the uncoated glass tip forms a transparent opening in the hollow metal tip, which consists of the coherent metal coating of the glass cone. The main difference to the polyhedron tips described here is that in the case of Betzig et al the coating of the glass cone is coherent and not divided into two optically and electrically isolated segments.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der SondeDescription of preferred embodiments of the probe

In bevorzugten Ausführungsformen 1-6 der erfundenen Polyedersonde erfüllen die Seitenflächen Pj, die zu einer Spitze zulaufenden scharfen Kanten Kÿ, die Beschichtungen Mj und das Material M der Sonde Funktionen, die für ihre Eigenschaft als submikroskopischer Sender oder Empfänger von Licht eine wesentliche Bedeutung haben. Diese Funktionen beziehen sichIn preferred embodiments 1-6 of the invented polyhedron probe, the side surfaces P j , the sharp edges K ÿ tapering to a tip, the coatings M j and the material M of the probe perform functions which are essential for their properties as a submicroscopic transmitter or receiver of light Have meaning. These functions relate

  • a) auf die Wellenleitereigenschaften der Verbindung V1 der Sonde für die Energieübertragung zwischen der Spitze S und dem Träger T in Form geführter Wellen oder Oberflächenwellen zwischen den bzw. entlang der als Grenzflächen dienenden Beschichtungen Mj oder entlang der Kanten Kÿ;a) the waveguide properties of the connection V 1 of the probe for the energy transfer between the tip S and the carrier T in the form of guided waves or surface waves between or along the coatings M j serving as interfaces or along the edges K ÿ ;
  • b) auf die Wandlung des optischen Nahfeldsignals in ein elektrisches Meßsignal durch eine Integration der Komponenten S, V1, T und D derart, daß die Sonde selbst zur Wandlung des optischen Nahfeldsignals in ein elektrisches Meßsignal dient.b) on the conversion of the optical near-field signal into an electrical measurement signal by integrating the components S, V 1 , T and D such that the probe itself serves to convert the optical near-field signal into an electrical measurement signal.
  • c) auf die Anregung der Sonde zur Strahlungsemission durch eine Integration der Komponenten S, V1, T und Q der Sonde derart, daß die Sonde selbst durch Anlegen einer elektrischen Spannung zur Emission von Strahlung angeregt werden kann.c) upon the excitation of the probe for radiation emission by integrating the components S, V 1 , T and Q of the probe in such a way that the probe itself can be excited to emit radiation by applying an electrical voltage.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Sonde und deren Funktionsweise näher beschrieben.The following are preferred embodiments of the probe and their operation described in more detail.

  • 1) Die Polyederspitze sei eine Tetraederspitze (n = 3) (Fig. 5). Das Material M des Tetraeders sei ein verlustfreies Dielektrikum, wie z. B Glas oder Quarz, die Beschichtung M1 und M2 der zwei benachbarten "Dach"flächen P1 und P2 bestehe aus einer dünnen Schicht eines im verwendeten optischen Frequenzbereich möglichst gut elektrisch leitenden Metalles wie z. B. Aluminium, wobei die Kante K12 selbst unbeschichtet sei.
    Die Beschichtungen Mj und M2 und die unbeschichtete Polyederkante K12 zwischen den beschichteten Seitenflächen dienen der Funktion als Wellenleiterstrukturen, mit deren Hilfe elektromagnetische Energie effizient entlang der Kante zur Spitze fortgeleitet werden kann. So existiert für das Modell des dielektrischen Keils mit ideal leitenden unendlich ausgedehnten Seitenflächen eine TEM (Transversal Elektromagnetische) Mode (9) mit der azimutalen elektrischen Feldkomponente EΦ (rho,z) und der radialen magnetischen Feldkomponente Hrho (rho,z) (vgl. Fig. 5) E-/+ Φ (rho,z) - (1/rho)exp(-/+ikz) - H-/+ rho (rho,z)In diesem Ausdruck sind rho,z und ΦΔ die zylindrischen Koordinaten (rho der radiale Abstand von der Kante, z die Koordinate entlang der Kante und Φ der Azimuthwinkel, der Index "-" bezeichnet die in die Spitze hinein- und "+" die aus der Spitze herauslaufende Welle, k = 2π Lambda, dabei ist Lambda die Wellenlänge im Dielektrikum).    1) The polyhedron tip is a tetrahedron tip (n = 3) ( Fig. 5). The material M of the tetrahedron is a lossless dielectric, such as. B glass or quartz, the coating M 1 and M 2 of the two adjacent "roof" surfaces P 1 and P 2 consist of a thin layer of a metal that is as good an electrical conductor as possible in the optical frequency range used, such as, for. B. aluminum, the edge K 12 itself being uncoated.
    The coatings M j and M 2 and the uncoated polyhedron edge K 12 between the coated side surfaces serve the function as waveguide structures with the aid of which electromagnetic energy can be efficiently conducted along the edge to the tip. For the model of the dielectric wedge with ideally conductive, infinitely extended side surfaces, there is a TEM (Transversal Electromagnetic) mode ( 9 ) with the azimuthal electric field component E Φ (rho, z) and the radial magnetic field component H rho (rho, z) (cf. Fig. 5) E - / + Φ (rho, z) - (1 / rho) exp (- / + ikz) - H - / + rho (rho, z) In this expression, rho, z and ΦΔ are the cylindrical ones Coordinates (rho the radial distance from the edge, z the coordinate along the edge and Φ the azimuth angle, the index "-" denotes the wave going into the tip and "+" the wave running out of the tip, k = 2π lambda Lambda is the wavelength in the dielectric).

Diese Mode pflanzt sich innerhalb der durch die Metallgrenzflächen definierten keilförmigen Struktur parallel zur Kante fort. Diese Mode hat die Eigenschaft, daß ihre Intensität in der Kante maximal ist, wie man am Ausdruck für die Amplitude erkennen kann. Wird diese Mode in einer solchen Struktur angeregt, so wird in der unmittelbaren Nähe der Kante eine hohe Feldintensität erzeugt. Auf diese Weise sollte es also möglich sein, elektromagnetische Wellen hoher Intensität entlang einer Kante zu einer Ecke zu führen, in der die Kante endet. Diese Ecke dient als Spitze der Sonde. Es besteht eine weitere Analogie der unbeschichteten Kante zum bekannten Doppeldrahtwellenleiter, der ebenfalls die Fortleitung elektromagnetischer Energie entlang eines gegenüber der Wellenlänge kleinen Querschnittes erlaubt. Es ist allerdings einschränkend zu bemerken, daß die hier beschriebenen Eigenschaften des Modells darauf beruhen, daß es sich bei der Metallbeschichtung um eine ideal leitende Schicht handelt. Dies ist insbesondere im uns interessierenden Frequenzbereich für Metallbeschichtungen nicht gegeben. Anhand der Meßdaten für Aluminium können wir abschätzen, daß die Reichweite der Wellenfortpflanzung entlang einer Kante bei Dimensionen im Bereich weniger Nanometer nur sehr kurz ist, in der Größenordnung eines Mikrometers. Auch diese kurze Reichweite ist jedoch für unsere Belange von erheblicher Bedeutung, wenn wir sie mit der Reichweite einer geführten Welle in einem Hohlleiter vergleichbarer Dimension vergleichen. So ist die Reichweite in einem Hohlleiter eines Durchmessers von nur 20 nm weniger als 10 nm. Deshalb ist die Übertragung elektromagnetischer Energie in die Spitze einer zweiseitig mit Metall beschichteten Tetraederspitze sehr viel effizienter als in eine metallische Hohlspitze, die z. B. von Betzig et al (1) oder von Pohl et al (2) oder von Tortonese et al (4) als Sonde für die Nahfeldmikroskopie verwendet werden.This fashion is planted within the through the Metal interfaces defined wedge-shaped structures in parallel to the edge. This fashion has the property that its The maximum intensity in the edge is how you look at the expression for that Can detect amplitude. Will this fashion in such a way Structure is stimulated in the immediate vicinity of the edge generates a high field intensity. So this is how it should be possible along high intensity electromagnetic waves an edge to a corner where the edge ends. This corner serves as the tip of the probe. There is another Analogy of the uncoated edge to the known Double wire waveguide, which is also the forwarding electromagnetic energy along one versus the Small cross-section wavelength allowed. However, it is restrictively, note that those described here Properties of the model are based on the fact that it is the Metal coating is an ideally conductive layer. This is especially in the frequency range of interest to us Metal coatings not given. Using the measurement data for We can estimate the range of aluminum Wave propagation along an edge in dimensions in Range of a few nanometers is very short in the Order of magnitude of a micrometer. This short range is also however, of significant importance to our concerns when we it with the range of a guided wave in a waveguide compare comparable dimension. So the range is in a waveguide with a diameter of only 20 nm less than 10 nm. That is why the transmission of electromagnetic energy is in the tip of a metal coated on both sides Tetrahedron tip much more efficient than in a metallic one Hollow tip, the z. B. from Betzig et al (1) or from Pohl et al  (2) or by Tortonese et al (4) as a probe for the Near field microscopy can be used.

  • 2) Das Material M des Polyeders sei wieder ein verlustfreies dielektrisches Material, wie z. B. Glas oder Quartz. Eine oder beide der Beschichtungen M1 und M2 oder aber auch mehrere der Beschichtungen Mj bestehe aus einem Metall wie Silber oder Gold, so daß im optischen Frequenzbereich Oberflächenwellen, sogenannte Oberflächenplasmonen, größerer Reichweite an den Metallschichten angeregt werden können. Die Kanten sollten vorzugsweise unbeschichtet sein. Dann bietet die Polyederspitze die Möglichkeit, Oberflächenwellen an den Seitenflächen oder entlang der Kanten so anzuregen, daß elektromagnetische Energie entweder zur als Sonde dienenden Ecke des Polyeders fortgeleitet oder effizient von dieser abgeleitet werden kann. Die Form des Polyeders ist insbesondere geeignet, Oberflächenwellen auf den Außenseiten der Beschichtungen M1 und M2 anzuregen und zwar in Analogie zur Kretschmannkonfiguration durch Bestrahlung der Flächen von der Innenseite des Polyeders her unter einem definierten Winkel der Totalreflexion (10). Diese Anordnung sollte auch in besonderer Weise geeignet sein, strahlungslose Oberflächenwellen entlang der Kante K12 anzuregen, deren Existenz wir in Analogie zur Existenz von Oberflächenwellen an dünnen Drähten für möglich erachten, wie sie theoretisch vorhergesagt (11) und experimentell beobachtet wurden (12). Die Reichweite solcher Oberflächenwellen ist insbesondere an Materialien wie Gold und Silber im optischen Frequenzbereich mit typischerweise 5-100 µm größer als die der oben genannten geführten Wellen in Wellenleiterstrukturen in anderen nichtidealen Metallen, und sie sollten daher in besonderer Weise dazu geeignet sein, elektromagnetische Energie zur Spitze des Polyeders hin zu führen oder von ihr wegzuleiten. Insbesondere können so an der Spitze selbst lokalisierte Oberflächenwellen angeregt werden, wie dies an kleinen Vorsprüngen aus Metallfilmen, oder an kleinen Löchern, sogenannten kleinen optischen Antennen bereits beobachtet wurde (13). Die Anregung solcher lokaler Oberflächenwellen an der Spitze ist für ihre Funktion als Sonde für die optische Nahfeldmikroskopie von besonderer Bedeutung, da die Anregung resonanter lokaler Plasmonen zu einer Kontrasterhöhung bei der optischen Nahfeldmikroskopie führen kann, wie dies an den genannten kleinen optischen Antennen bereits beobachtet und für die Nahfeldmikroskopie eingesetzt wurde (14).2) The material M of the polyhedron is again a lossless dielectric material, such as. B. glass or quartz. One or both of the coatings M 1 and M 2 or even more of the coatings M j consist of a metal such as silver or gold, so that in the optical frequency range surface waves, so-called surface plasmon, can be excited over a longer range on the metal layers. The edges should preferably be uncoated. Then the polyhedron tip offers the possibility to excite surface waves on the side surfaces or along the edges in such a way that electromagnetic energy can either be conducted to the corner of the polyhedron serving as a probe or can be efficiently derived therefrom. The shape of the polyhedron is particularly suitable for exciting surface waves on the outer sides of the coatings M 1 and M 2 , in analogy to the Kretschmann configuration, by irradiating the surfaces from the inside of the polyhedron at a defined angle of total reflection ( 10 ). This arrangement should also be particularly suitable for exciting radiationless surface waves along the edge K 12 , the existence of which we consider possible in analogy to the existence of surface waves on thin wires, as theoretically predicted ( 11 ) and experimentally observed ( 12 ). The range of such surface waves is in particular on materials such as gold and silver in the optical frequency range, typically 5-100 μm, greater than that of the above-mentioned guided waves in waveguide structures in other non-ideal metals, and they should therefore be particularly suitable for using electromagnetic energy Lead the tip of the polyhedron or to lead away from it. In particular, localized surface waves can be excited at the tip, as has already been observed on small protrusions made of metal films, or on small holes, so-called small optical antennas ( 13 ). The excitation of such local surface waves at the tip is of particular importance for their function as a probe for near-field optical microscopy, since the excitation of resonant local plasmons can lead to an increase in contrast in near-field optical microscopy, as has already been observed for the small optical antennas mentioned and for near-field microscopy was used ( 14 ).
  • 3) Das Polyeder bestehe aus photoleitendem Material. Mindestens zwei Seitenflächen P1 und P2 seien mit elektrisch leitenden Materialien M1 und M2 beschichtet und zwar so, daß a) die Spitze unbeschichtet sei und daß
    b) für den Fall aneinander grenzender Seitenflächen die gemeinsame Kante unbeschichtet seimit der Folge, daß kein direkter elektrischer Kontakt zwischen den Beschichtungen besteht. Legt man eine statische elektrische Spannung zwischen M1 und M2 an, so ist das elektrische Feld im Bereich der Spitze und ggf. der Kante am stärksten. Wird Licht auf das Halbleitermaterial eingestrahlt, so werden dadurch Elektronen-Loch-Paare in dem Halbleiter erzeugt, die eine Photoleitfähigkeit bewirken. Die hohe statische elektrische Feldstärke und der geringe Elektrodenabstand führen unter gewissen materialspezifischen Vorbedingungen zu einer hohen Verstärkung des primären Photostromes (15) in der unmittelbaren Umgebung der Spitze und ggf. der Kante. Zu den genannten materialspezifischen Voraussetzungen gehört, daß eine Ladungsträgerart (z. B. die Elektronen) eine sehr viel größere Beweglichkeit aufweist als die andere. Dies führt zu einer hohen Lebensdauer der Ladungsträger und damit zu der gewünschten feldabhängigen Verstärkung. Ein die Verstärkung der Photoleitfähigkeit begrenzender materialspezifischer Faktor ist andererseits die Sättigungsdriftgeschwindigkeit der Ladungsträger, die erreicht ist, wenn eine weitere Erhöhung der Feldstärke keine weitere Erhöhung der Driftgeschwindigkeit bewirkt. Wird eine Materialkombination (Halbleitermaterial M des Körpers K und Metall der Beschichtungen Mi) ausgewählt, bei der ein Schottky-Kontakt entsteht, so kann bei genügend großer Spannung in Sperrichtung der Schottkydiode eine Lawinenmultiplikation einsetzen und damit ebenfalls eine Verstärkung des optisch erzeugten Stromes. Die Polyederspitze mit den Beschichtungen M1 und M2 erfüllt weiterhin für den Fall zweier benachbarter Beschichtungen mit unbeschichteter Kante, ähnlich wie in Abschnitt 1 und 2 beschrieben, die Funktion einer Antenne, die eine weitere Erhöhung der wirksamen Lichtintensität in unmittelbarer Umgebung der Spitze bewirken kann.    3) The polyhedron consists of photoconductive material. At least two side surfaces P 1 and P 2 are coated with electrically conductive materials M 1 and M 2 in such a way that a) the tip is uncoated and that
    b) in the case of adjoining side surfaces, the common edge is uncoated, with the result that there is no direct electrical contact between the coatings. If a static electrical voltage is applied between M 1 and M 2 , the electrical field is strongest in the area of the tip and possibly the edge. If light is radiated onto the semiconductor material, electron-hole pairs are thereby generated in the semiconductor, which bring about photoconductivity. The high static electric field strength and the small electrode spacing lead to a high amplification of the primary photocurrent ( 15 ) in the immediate vicinity of the tip and possibly the edge under certain material-specific preconditions. One of the material-specific requirements mentioned is that one type of charge carrier (e.g. the electrons) has a much greater mobility than the other. This leads to a long service life of the charge carriers and thus to the desired field-dependent reinforcement. A material-specific factor that limits the amplification of the photoconductivity is, on the other hand, the saturation drift velocity of the charge carriers, which is achieved when a further increase in the field strength does not cause a further increase in the drift velocity. If a combination of materials (semiconductor material M of the body K and metal of the coatings M i ) is selected in which a Schottky contact is formed, an avalanche multiplication can occur if the voltage in the reverse direction of the Schottky diode is sufficiently high, and thus also an amplification of the optically generated current. The polyhedron tip with the coatings M 1 and M 2 also fulfills the function of an antenna in the case of two adjacent coatings with an uncoated edge, similar to that described in sections 1 and 2, which can cause a further increase in the effective light intensity in the immediate vicinity of the tip .
  • 4) Man verwende elektrooptisch aktives Halbleitermaterial M für das Polyeder, bei dem durch Stromfluß eine Lumineszenz angeregt werden kann. Wiederum seien zwei Seitenflächen P1 und P2 mit leitendem Material M1 und M2 beschichtet und zwar so, daß a) die Spitze unbeschichtet ist und
    b) für den Fall aneinander grenzender Seitenflächen die gemeinsame Kante unbeschichtet seimit der Folge, daß kein direkter elektrischer Kontakt zwischen den Beschichtungen M1 und M2 besteht. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen M1 und M2 wird ein Stromfluß zwischen M1 und M2 erzeugt, der aufgrund der hohen statischen Felder stark auf die Spitze und ggf. die Kante K12 lokalisiert ist. In den bei bestimmten Metall-Halbleiter-Kombinationen auftretenden Schottky-Übergängen kann, verbunden mit diesem Stromfluß, eine Emission von Strahlung an den Orten der höchsten Stromdichte erfolgen (16), nämlich der Spitze und ggf. der Kante. Die Wellenleitereigenschaften der Kante können dazu führen, daß das emittierte Licht entlang der Kante in Form von Oberflächenwellen zur Spitze fortgeleitet und insbesondere dort emittiert wird. Die Licht emittierende Spitze dient als Sonde für die Nahfeldmikroskopie, in der die Funktion der Lichtquelle Q integriert ist.    4) Use electro-optically active semiconductor material M for the polyhedron, in which luminescence can be excited by current flow. Again, two side surfaces P 1 and P 2 are coated with conductive material M 1 and M 2 in such a way that a) the tip is uncoated and
    b) in the case of adjacent side faces, the common edge is uncoated, with the result that there is no direct electrical contact between the coatings M 1 and M 2 . By applying an electrical voltage between M 1 and M 2 , a current flow between M 1 and M 2 is generated, which due to the high static fields is strongly localized on the tip and possibly the edge K 12 . In the Schottky junctions that occur in certain metal-semiconductor combinations, associated with this current flow, radiation can be emitted at the locations of the highest current density ( 16 ), namely the tip and possibly the edge. The waveguide properties of the edge can result in the emitted light being conducted along the edge in the form of surface waves to the tip and in particular being emitted there. The light-emitting tip serves as a probe for near-field microscopy, in which the function of the light source Q is integrated.
  • 5) Ein ähnliches Phänomen der lokalisierten elektrisch induzierten Lumineszenz kann auch durch besondere elektrooptische Eigenschaften der Materialien M1 und M2 erzeugt werden. Man verwende ein transparentes elektrisch isolierendes Material M des Polyeders wie Glas oder Quarz. Als Material M1 und M2 wähle man z. B. Silber, Gold oder Aluminium bzw. eine Kombination dieser Materialien. Ist der elektrisch isolierende Spalt zwischen den Beschichtungen an der Spitze und ggf. an der Kante sehr schmal, so kann durch Anlegen einer Spannung zwischen M1 und M2 ein elektrischer Tunnelstrom über die Spitze und ggf. die Kante K12 hinweg induziert werden. Bei geeigneter Wahl der elektrischen Spannung führt der Tunnelstrom zur Anregung von Oberflächenplasmonen in den Materialien M1 und (oder) M2, ähnlich wie in einer anderen Anordnung beschrieben (18), die von der Spitze in Form von Licht emittiert werden oder die ggf. sich entlang der Kante ausbreiten und dann von der Spitze emittiert werden. Eine solche emittierende Spitze dient als Sonde für die optische Nahfeldmikroskopie, in der die Funktion der Quelle Q integriert ist.5) A similar phenomenon of localized, electrically induced luminescence can also be produced by special electro-optical properties of the materials M 1 and M 2 . Use a transparent, electrically insulating material M of the polyhedron, such as glass or quartz. As material M 1 and M 2 you choose z. B. silver, gold or aluminum or a combination of these materials. If the electrically insulating gap between the coatings at the tip and possibly at the edge is very narrow, an electrical tunnel current can be induced across the tip and possibly the edge K 12 by applying a voltage between M 1 and M 2 . With a suitable choice of the electrical voltage, the tunnel current leads to the excitation of surface plasmons in the materials M 1 and (or) M 2 , similar to that described in another arrangement ( 18 ), which are emitted from the tip in the form of light or which may spread along the edge and then be emitted from the top. Such an emitting tip serves as a probe for optical near-field microscopy, in which the function of the source Q is integrated.
Anordnungen für die optische NahfeldmikroskopieArrangements for near-field optical microscopy

Die Polyederspitzen können auf vielfältige Weise als Sonden für die optische Nahfeldmikroskopie eingesetzt werden. Verschiedene Möglichkeiten solcher Anordnungen von Sonden für die optische Nahfeldmikroskopie wurden bereits früher demonstriert (1, 2, 3, 4, 5, 19, 20).The polyhedron tips can be used in many ways as probes for optical near-field microscopy can be used. Various Possibilities of such arrangements of probes for the optical Near field microscopy has been demonstrated earlier (1, 2, 3, 4, 5, 19, 20).

  • 1) Die Spitze der Sonde hat die Funktion eines submikroskopischen Senders in Anordnung I. Die Anregung der Sonde zur Strahlung erfolgt durch Bestrahlung mit Licht und von der Sonde emittiertes Licht wird als Signal für die Nahfeldmikroskopie verwendet. (Betrifft Ausführungsformen 1, 2)1) The tip of the probe has the function of a submicroscopic transmitter in arrangement I. The excitation of the Radiation probe is made by irradiation with light and from Light emitted by the probe is used as a signal for the Near field microscopy used. (Applies to embodiments 1, 2)
  • 2) Die Spitze der Sonde hat die Funktion eines submikroskopischen Empfängers für Licht in der Anordnung II für die optische Nahfeldmikroskopie. Die Anregung der Sonde erfolgt durch Licht, das von dem Objekt emittiert wird. Die von der Sonde zum Detektor übertragene Energie dient als optisches Nahfeldsignal. (Betrifft Ausführungsformen 1, 2)2) The tip of the probe has the function of a submicroscopic receiver for light in the arrangement II for near-field optical microscopy. The probe is excited by light emitted by the object. The of the Energy transferred to the detector serves as optical Near field signal. (Applies to embodiments 1, 2)
  • 3) Die Spitze der Sonde dient als submikroskopischer Empfänger. Licht, welches von dem Objekt emittiert wird, wird von der Spitze empfangen. Die Wandlung des optischen Nahfeldsignals erfolgt über ein elektrisches Signal der Photoleitung, das in der photoleitenden Spitze durch Anlegen einer elektrischen Spannungsdifferenz zwischen zwei benachbarten Beschichtungen erzeugt wird. (Betrifft Ausführungsform 3)3) The tip of the probe serves as a submicroscopic receiver. Light that is emitted by the object is emitted by the Received top. The conversion of the near-field optical signal takes place via an electrical signal from the photoconductor which is in the photoconductive tip by applying an electrical Voltage difference between two neighboring coatings is produced. (Applies to embodiment 3)
  • 4) Die Spitze der Sonde dient als submikroskopischer Sender. Die Anregung der Sonde zur Strahlung erfolgt elektrisch im Fall des lumineszierenden Materials M oder im Fall der Anregung von Oberflächenplasmonen in dem Elektrodenmaterial M1 oder M2. Die von der Sonde emittierte Strahlung wird als Signal für die Nahfeldmikroskopie detektiert. (Betrifft Ausführungsformen 4, 5).4) The tip of the probe serves as a submicroscopic transmitter. The probe is excited to radiation electrically in the case of the luminescent material M or in the case of the excitation of surface plasmon in the electrode material M 1 or M 2 . The radiation emitted by the probe is detected as a signal for near-field microscopy. (Applies to Embodiments 4, 5).

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

Fig. 1: Schematische Darstellung einer Polyederspitze am Beispiel der Tetraederspitze. Fig. 1: Schematic representation of a polyhedron tip using the example of the tetrahedron tip.

  • a) Schema der Tetraedersonde mit Spitze S, Seitenflächen P1, P2, und P3, den Kanten K12, K23 und K31 und der Grundfläche P0, deren Ausführung nicht näher spezifiziert ist. Sie kann z. B. aus einer ebenen Fläche bestehen, es kann sich jedoch auch nur um eine gedachte Grundfläche handeln, über die hinaus die Polyederspitze zu einem Körper beliebiger Abmessungen fortgesetzt ist.a) Scheme of the tetrahedron probe with tip S, side surfaces P 1 , P 2 , and P 3 , the edges K 12 , K 23 and K 31 and the base surface P 0 , the execution of which is not specified. You can e.g. B. consist of a flat surface, but it can also be just an imaginary base, beyond which the polyhedron tip is continued to a body of any dimensions.
  • b) Die Kante Kÿ zwischen zwei angrenzenden Seitenflächen Pi und Pj hat einen Krümmungsradius r, der kleiner ist als ca. 100 nm.b) The edge K ÿ between two adjacent side surfaces P i and P j has a radius of curvature r that is less than approximately 100 nm.
  • c) Die Seitenflächen Pj können ganz oder teilweise mit einer dünnen Schicht aus dem Material Mj bedeckt sein.c) All or part of the side surfaces P j can be covered with a thin layer of material M j .

Fig. 2: Schematische Anordnungen für die optische Nahfeldraster­ mikroskopie. Fig. 2: Schematic arrangements for optical near-field scanning microscopy.

Anordnung IArrangement I

Die Sonde besteht aus einer Spitze S mit submikroskopischen Abmessungen, die als Empfangsantenne dient, einem Übertragungsglied V1 und einem Träger T mit Abmessungen, die größer sind als die Wellenlänge. Das Übertragungsglied V1 dient der Energieübertragung zwischen S und T. Über das Übertragungsglied V2 ist der Träger an den Detektor angeschlossen. Der Detektor dient zur Wandlung des von V2 übertragenen optischen Nahfeldsignals in ein elektrisches Signal. Die Spitze S ist in unmittelbarer Nähe des Objektes O angebracht. Ein Verschiebemodul N dient der Verschiebung der Sonde relativ zum Objekt. Mit Hilfe einer Lichtquelle Q und eines Übertragungsgliedes V3 wird das Objekt auf geeignete Weise bestrahlt.The probe consists of a tip S with submicroscopic dimensions, which serves as a receiving antenna, a transmission element V 1 and a carrier T with dimensions which are greater than the wavelength. The transmission element V 1 is used for energy transmission between S and T. Via the transmission element V 2 , the carrier is connected to the detector. The detector is used to convert the near-field optical signal transmitted by V 2 into an electrical signal. The tip S is attached in the immediate vicinity of the object O. A displacement module N serves to move the probe relative to the object. The object is irradiated in a suitable manner with the aid of a light source Q and a transmission element V 3 .

Anordnung IIArrangement II

Die Anordnung II unterscheidet sich von Anordnung I dadurch, daß die Spitze als submikroskopischer Sender von Licht dient und daß die Position von Detektor und Lichtquelle ausgetauscht sind. Die Lichtquelle dient zur Anregung der Emission der Sonde durch Bestrahlung mit Licht über die Übertragungsglieder V2 und V1. Der Detektor dient zur Wandlung des von der Spitze emittierten optischen Nahfeldsignals. The arrangement II differs from arrangement I in that the tip serves as a submicroscopic transmitter of light and in that the position of the detector and light source are exchanged. The light source serves to excite the emission of the probe by irradiation with light via the transmission elements V 2 and V 1 . The detector is used to convert the near-field optical signal emitted by the tip.

Fig. 3: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Tetraederspitze eines Ultramikrotommessers. Fig. 3: scanning electron micrograph of the tetrahedron tip of an ultramicrotome knife.

Fig. 4: Die Beschichtung zweier benachbarter Seitenflächen Pi und Pj kann so erfolgen, daß die Kante Kÿ selbst nicht beschichtet wird. Dies geschieht dadurch, daß zunächst die Schicht Mi mit einem Metalldampfstrahl des Materials Mi erfolgt, der unter einem Winkel α < 90° schräg zu einer die Kante schneidenden Achse gerichtet ist. Bereiche der Kante, die im Schatten der Bedampfungsrichtung liegen, werden nicht beschichtet. Anschließend wird auf die gleiche Weise die Seite Pj mit Material Mj beschichtet. Fig. 4: The coating of two adjacent side surfaces P i and P j can be done so that the edge K ÿ itself is not coated. This is done by first applying the layer M i with a metal vapor jet of the material M i , which is directed at an angle α <90 ° obliquely to an axis intersecting the edge. Areas of the edge that lie in the shadow of the direction of vapor deposition are not coated. The page P j is subsequently coated with material M j in the same manner.

Fig. 5: Tetraederspitze mit Seiten P1 und P2, die im Kantenbereich mit Metall M1 bzw. M2 beschichtet sind; die Kante Kÿ ist unbeschichtet. Die vom Metall begrenzte keilförmige Struktur kann als Wellenleiterstruktur angesehen werden, in der eine TEM Mode mit Fortpflanzungsrichtung in z-Richtung existiert, mit dem elektrischen Feld parallel zur Zylinderkoordinate phi und dem Magnetfeld in radialer Richtung rho. Fig. 5: tetrahedral tip with sides P 1 and P 2 , which are coated in the edge area with metal M 1 and M 2 ; the edge K ÿ is uncoated. The wedge-shaped structure delimited by the metal can be regarded as a waveguide structure in which a TEM mode with a propagation direction in the z direction exists, with the electric field parallel to the cylinder coordinate phi and the magnetic field in the radial direction rho.

Literaturverzeichnisbibliography

  • 1) D.W. Pohl, W. Denk, M. Lanz (1984). Appl. Phys. Lett. 44, 651-653.1) D.W. Pohl, W. Denk, M. Lanz (1984). Appl. Phys. Lett. 44, 651-653.
  • 2) E. Betzig, J.K. Trautman, T.D. Harris, 3.5. Weiner, R.L. Kostelak, (1991) Science, Vol. 251, 1468-1470.2) E. Betzig, J.K. Trautman, T.D. Harris, 3.5. Weiner, R.L. Kostelak, (1991) Science, Vol. 251, 1468-1470.
  • 3) R. C. Reddick, R. J. Warmack, T. L. Ferrell (1989). Phys. Rev. B 39, 767-7703) R.C. Reddick, R.J. Warmack, T.L. Ferrell (1989). Phys. Rev. B 39, 767-770
  • 4) M. Tortonese, H. Yamada, C. F. Quate. (1991) Proceedings of the STM 91 Conference, Interlaken, Ultramicroscopy, in press.4) M. Tortonese, H. Yamada, C.F. Quate. (1991) Proceedings of the STM 91 Conference, Interlaken, Ultramicroscopy, in press.
  • 5) N.F. van Hulst, M.H.P. Moers, O.F.J. Noordmann, T. Faulkner, F.B. Segerink, K.O. van der Werf, B.G. de Grooth, B. Bölger (1992). SPIE Vol 1639 Scanning Probe microscopies, 36-43.5) N.F. van Hulst, M.H.P. Moers, O.F.J. Noordmann, T. Faulkner, F.B. Segerink, K.O. van der Werf, B.G. de Grooth, B. Boelger (1992). SPIE Vol 1639 Scanning Probe microscopies, 36-43.
  • 6) N. Kuck, K. Liebermann, A. Lewis, A. Vecht. (1992) Appl. Phys. Lett. 61, 139-141. 6) N. Kuck, K. Liebermann, A. Lewis, A. Vecht. (1992) Appl. Phys. Lett. 61, 139-141.  
  • 7) Knifemaker II, Produkt der Leica PLC, Gebrauchsanleitung erhältlich bei Leica Vertrieb GmbH, Albert-Einstein-Ring 10, Postfach 53 04 51, 2000 Hamburg 53.7) Knifemaker II, product of the Leica PLC, instructions for use available from Leica Vertrieb GmbH, Albert-Einstein-Ring 10, Postfach 53 04 51, 2000 Hamburg 53.
  • 8) Diamantmesser der Firma DDK sind zu beziehen von: Plano, W. Plannet GmbH, Marburger Str. 90, D 3550 Marburg 7, Katalog Nr. 6, Seite 1428) Diamond knives from DDK are available from: Plano, W. Plannet GmbH, Marburger Str. 90, D 3550 Marburg 7, catalog no. 6, page 142
  • 9) Harrington, R.F. (1961) "Time Harmonic Electromagnetic Fields". McGraw-Hill, N.Y., Toronto, London. S. 255, Problem 5- 7. für den Fall a→∞.9) Harrington, RF (1961) "Time Harmonic Electromagnetic Fields". McGraw-Hill, NY, Toronto, London. P. 255, problem 5- 7. for the case a → ∞ .
  • 10) H. Raether (1988). "Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings". Springer tracts in modern physics Vol 111, G. Höhler ed., Seite 11.10) H. Raether (1988). "Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings ". Springer tracts in modern physics Vol 111, G. Höhler ed., Page 11.
  • 11) H. Koshravi, D. R. Tilley, R. Loudon (1991) J. Opt. Soc. Am. A8 No. 1, 112-122.11) H. Koshravi, D.R. Tilley, R. Loudon (1991) J. Opt. Soc. At the. A8 No. 1, 112-122.
  • 12) U.Ch. Fischer, M. Zapletal (1991). Ultramicroscopy 42-44, S. 393-39812) U.Ch. Fischer, M. Zapletal (1991). Ultramicroscopy 42-44, p. 393-398
  • 13) U.Ch. Fischer, D.W. Pohl (1989). Phys. Rev. Lett. 62, 458- 461.13) U.Ch. Fischer, D.W. Pohl (1989). Phys. Rev. Lett. 62, 458- 461.
  • 14) U. Ch. Fischer (1990). "Resolution and contrast generation in scanning near field optical microscopy". In: "Scanning Tunneling Microscopy and Related Methods" R. J. Behm, N. Garcia, H. Rohrer eds. NATO ASI Series E: Applied Sciences Vol 184.14) U. Ch. Fischer (1990). "Resolution and contrast generation in scanning near field optical microscopy ". In:" Scanning Tunneling Microscopy and Related Methods "R. J. Behm, N. Garcia, H. Rohrer eds. NATO ASI Series E: Applied Sciences Vol 184.
  • 15) H. G. Unger (1985). "Optische Nachrichtentechnik Teil 2", Hüthig Verlag, Heidelberg. S. 484-487.15) H.G. Unger (1985). "Optical communications technology part 2", Hüthig Verlag, Heidelberg. Pp. 484-487.
  • 16) E. J. Huber (1983). "Untersuchung der Lichtemission beim Lawinendurchbruch von GaAs-Schottkydioden". Dissertation Technische Hochschule Darmstadt. S 48-49.16) E. J. Huber (1983). "Investigation of the light emission at the Avalanche breakdown of GaAs Schottky diodes ". Dissertation Technical University of Darmstadt. S 48-49.
  • 17) J. van Bladel (1985) IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol AP-33, No. 8, 893-89517) J. van Bladel (1985) IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol AP-33, No. 8, 893-895
  • 18) S.L.McCarthy, J. Lambe (1977), Appl. Phys. Lett. 30, 427- 429.18) S.L. McCarthy, J. Lambe (1977), Appl. Phys. Lett. 30, 427- 429.
  • 19) D. Courjon, J. M. Vigoureux, M. Spajer, K. Sarayeddine, S. Leblanc (1990). Appl. optics 29 (25), 3743.19) D. Courjon, J.M. Vigoureux, M. Spajer, K. Sarayeddine, S. Leblanc (1990). Appl. optics 29 (25), 3743.
  • 20) E. Betzig, M. Isaacson, A. Lewis (1978) Appl. Phys. Lett. 51 (25), 2088-2090.20) E. Betzig, M. Isaacson, A. Lewis (1978) Appl. Phys. Lett. 51 (25), 2088-2090.

Claims (11)

1. Polyederspitze als nahfeldoptischer Sensor und optoelektronischer Wandler zur Verwendung als submikroskopischer Sender oder Empfänger elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen ca. 200 und 2000 nm, die z. B. als Sonde bei der optischen Nahfeld- Rastermikroskopie eingesetzt werden kann,
  • a) dadurch gekennzeichnet,
    daß der Körper K der Sonde die Geometrie eines Polyeders habe, mit einer nicht näher spezifizierten Grundfläche P0 und n Seitenflächen Pj (0 < j ≦ n) dergestalt, daß zwischen benachbarten Seitenflächen Pi und Pk scharfe Kanten Ki,k mit einem Krümmungsradius von weniger als 100 nm ausgebildet seien, die in eine Spitze münden, die ebenfalls einen Krümmungsradius von weniger als 100 nm habe und
  • b) dadurch gekennzeichnet,
    daß der Körper K aus den verschiedensten Materialien M bestehen kann, wie z. B. transparentem Material wie Glas, Quarz, Saphir oder Diamant oder aber aus Halbleitermaterial, das photoleitend ist, oder bei dem durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Lumineszenz erzeugt werden kann, wie z. B. GaAs oder Silizium, und
  • c) dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei oder mehrere Seitenflächen Pj mit dünnen Filmen von Materialien Mj beschichtet sind, wobei die Materialien Mj,
    vorzugsweise Metalle seien wie Aluminium, Silber oder Gold und daß für den Fall benachbarter beschichteter Seitenflächen mindestens eine der Kanten zwischen zwei benachbarten beschichteten Seitenflächen Pi und Pk unbeschichtet ist und daß die Spitze S unbeschichtet ist, so daß für den Fall elektrisch leitender Beschichtungen kein elektrischer Kontakt zwischen den Beschichtungen Mi und Mk über die Kante Ki,k und die Spitze besteht.
1. Polyhedron tip as a near-field optical sensor and optoelectronic transducer for use as a submicroscopic transmitter or receiver of electromagnetic radiation in the wavelength range between approximately 200 and 2000 nm, which, for. B. can be used as a probe in optical near-field scanning microscopy,
  • a) characterized in
    that the body K of the probe has the geometry of a polyhedron, with an unspecified base area P 0 and n side surfaces P j (0 <j ≦ n) such that sharp edges K i, k with adjacent side surfaces P i and P k a radius of curvature of less than 100 nm are formed, which open into a tip, which also has a radius of curvature of less than 100 nm and
  • b) characterized in that
    that the body K can consist of various materials M, such as. B. transparent material such as glass, quartz, sapphire or diamond or from semiconductor material that is photoconductive, or in which a luminescence can be generated by applying an electrical voltage, such as. B. GaAs or silicon, and
  • c) characterized in that
    that two or more side surfaces P j are coated with thin films of materials M j , the materials M j ,
    preferably metals such as aluminum, silver or gold and that in the case of adjacent coated side surfaces at least one of the edges between two adjacent coated side surfaces P i and P k is uncoated and that the tip S is uncoated, so that in the case of electrically conductive coatings none there is electrical contact between the coatings M i and M k via the edge K i, k and the tip.
2. Verfahren zur Herstellung einer Polyederspitze nach Anspruch 1 mit drei Seitenflächen (n = 3) - einer Tetraederspitze - aus einem amorphen Material wie z. B. einem Glasstreifen mit rechteckigem Querschnitt oder kristallinem Material wie z. B. einem Halbleiter- oder Quarzwafer, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Seitenflächen Pi der Tetraederspitze als Bruchflächen durch Brechen des Materials erzeugt werden.2. A method for producing a polyhedron tip according to claim 1 with three side surfaces (n = 3) - a tetrahedron tip - made of an amorphous material such as. B. a glass strip with a rectangular cross section or crystalline material such. B. a semiconductor or quartz wafer, characterized in that two of the side surfaces P i of the tetrahedral tip are generated as fracture surfaces by breaking the material. 3. Verfahren zur Herstellung zweier metallischer Beschichtungen M1 und M2 zweier Seitenflächen P1 und P2 einer Polyederspitze nach Anspruch 1 mit
  • a) unbeschichteter Kante K12 zwischen den Seitenflächen P1 und P2 für den Fall, daß die Seitenflächen benachbart sind und
  • b) unbeschichteter Spitze S
3. A method for producing two metallic coatings M 1 and M 2 of two side surfaces P 1 and P 2 of a polyhedron tip according to claim 1
  • a) uncoated edge K 12 between the side surfaces P 1 and P 2 in the event that the side surfaces are adjacent and
  • b) uncoated tip S
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung sukzessive in zwei Beschichtungsvorgängen erfolgt mit einem gerichteten Metalldampfstrahl unter einem zur Seitenfläche P1 bzw. P2 geneigten Winkel dergestalt, daß die Kante K12 und die Spitze nicht mitbeschichtet wird.characterized in that the coating is carried out successively in two coating processes with a directed metal vapor jet at an angle inclined to the side surface P 1 or P 2 such that the edge K 12 and the tip are not coated. 4. Anordnung einer Polyederspitze nach Anspruch 1, und zwar aus transparentem Material M mit zwei benachbarten beschichteten Seitenflächen P1 aus und P2 und unbeschichteter Kante zwischen diesen Seiten zur Verwendung als Sender von Licht, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung der Spitze zur Emission von Strahlung dadurch erfolgt, daß die Grundfläche P0 von außen mit Licht bestrahlt wird.4. Arrangement of a polyhedron tip according to claim 1, namely from transparent material M with two adjacent coated side surfaces P 1 and P 2 and uncoated edge between these sides for use as a transmitter of light, characterized in that the excitation of the tip to emit Radiation occurs in that the base area P 0 is irradiated with light from the outside. 5. Anordnung einer Polyederspitze nach Anspruch 1, und zwar aus transparentem Material M mit zwei benachbarten beschichteten Seitenflächen P1 aus und P2 und unbeschichteter Kante K1,2 zwischen diesen Seiten zur Verwendung als Lichtempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß von außen her auf die Spitze einfallendes, in den Körper der Polyederspitze eingekoppeltes und durch die Grundfläche P0 austretendes Licht als Empfängersignal detektiert wird.5. Arrangement of a polyhedron tip according to claim 1, namely of transparent material M with two adjacent coated side surfaces P 1 and P 2 and uncoated edge K 1,2 between these sides for use as a light receiver, characterized in that from the outside on Tip incident light, which is coupled into the body of the polyhedron tip and emerges through the base area P 0, is detected as a receiver signal. 6. Polyederspitze nach Anspruch 1, bestehend aus transparentem Material M zur Verwendung als optoelektronischer Sender von Licht, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung der Spitze zur Emission von Strahlung bewirkt wird durch einen elektrischen Stromfluß aufgrund einer elektrischen Spannungsdifferenz der Größenordnung einiger Millivolt bis zu einigen Volt, die zwischen den elektrisch leitenden Beschichtungen M1 und M2 angelegt wird. 6. polyhedron tip according to claim 1, consisting of transparent material M for use as an optoelectronic transmitter of light, characterized in that the excitation of the tip for the emission of radiation is caused by an electrical current flow due to an electrical voltage difference of the order of a few millivolts to a few volts , which is applied between the electrically conductive coatings M 1 and M 2 . 7. Polyederspitze nach Anspruch 1 aus photoleitendem Halbleitermaterial M zur Verwendung als optoelektronischer Detektor von Licht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlung des Lichtes, das auf die unbeschichtete Kante K1,2 zwischen zwei beschichteten Flächen P1 und P2 bzw. die Spitze einfällt, in ein elektrisches Signal unmittelbar in der Polyederspitze stattfindet, indem eine elektrische Spannung, die zwischen den elektrisch leitenden Beschichtungen M1 und M2 angelegt wird, einen Photostrom im Halbleitermaterial zwischen den Beschichtungen induziert, wobei der Photostrom als Maß für das von der Spitze empfangene Lichtsignal dient.7. polyhedron tip according to claim 1 made of photoconductive semiconductor material M for use as an optoelectronic detector of light, characterized in that the conversion of the light incident on the uncoated edge K 1,2 between two coated surfaces P 1 and P 2 or the tip , into an electrical signal directly in the polyhedron tip, by an electric voltage applied between the electrically conductive coatings M 1 and M 2 inducing a photocurrent in the semiconductor material between the coatings, the photocurrent as a measure of that received by the tip Light signal serves. 8. Polyederspitze nach Anspruch 1 aus einem lumineszierenden Halbleitermaterial zur Verwendung als optoelektronischer Sender von Licht, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den metallischen Beschichtungen M1 und M2 ein Stromfluß im lumineszierenden Halbleitermaterial induziert wird, der eine Lumineszenz im Halbleitermaterial bewirkt und zwar wegen der hohen lokalen Feldstärke bevorzugt in der Umgebung der Kante K12 zwischen zwei benachbarten Beschichtungen M1 und M2 und in der Umgebung der Spitze S, so daß bevorzugt von der Kante oder Spitze Licht in den Außenraum des Polyeders abgestrahlt wird.8. polyhedron tip according to claim 1 made of a luminescent semiconductor material for use as an optoelectronic transmitter of light, characterized in that a current flow is induced in the luminescent semiconductor material by applying an electrical voltage between the metallic coatings M 1 and M 2 , which causes luminescence in the semiconductor material This is because of the high local field strength, preferably in the vicinity of the edge K 12 between two adjacent coatings M 1 and M 2 and in the vicinity of the tip S, so that light is preferably emitted from the edge or tip into the outer space of the polyhedron. 9. Anordnung einer Polyederspitze nach Anspruch 1 zur Verwendung als Sender von Licht nach Ansprüchen 4, 6 und 8 und in dieser Eigenschaft als Sonde für die verschiedenen bekannten Reflexions- und Transmissionsanordnungen der optischen Nahfeldrastermikroskopie, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Spitze in den Außenraum emittierte - und durch ein Objekt in der Reichweite des Nahfeldes der Spitze modulierte - Licht als Signal für die optische Nahfeldmikroskopie detektiert wird.9. Arrangement of a polyhedron tip according to claim 1 for use as a transmitter of light according to claims 4, 6 and 8 and in this Property as a probe for the various known Reflection and transmission arrangements of the optical Near-field scanning microscopy,  characterized, that that emitted from the top into the outside space - and through modulated an object within range of the tip's near field - Light as a signal for optical near-field microscopy is detected. 10. Anordnung einer Polyederspitze nach Anspruch 1 zur Verwendung als Empfänger von Licht nach Ansprüchen 5 und 7 und in dieser Eigenschaft als Sonde für die verschiedenen bekannten Reflexions- und Transmissionsanordnungen der optischen Nahfeldrastermikroskopie, dadurch gekennzeichnet, daß vom Objekt emittiertes und in die Spitze eingekoppeltes Licht als Signal für die optische Nahfeldmikroskopie detektiert wird.10. Arrangement of a polyhedron tip according to claim 1 Use as a receiver of light according to claims 5 and 7 and known in this capacity as a probe for the various Reflection and transmission arrangements of the optical Near-field scanning microscopy, characterized in that light emitted by the object and coupled into the tip is detected as a signal for optical near-field microscopy.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995003561A1 (en) * 1993-07-22 1995-02-02 British Technology Group Limited Intelligent sensor for near field optical device
WO2006056373A1 (en) * 2004-11-22 2006-06-01 Forschungszentrum Jülich GmbH Near-field antenna
WO2007058804A1 (en) * 2005-11-18 2007-05-24 President And Fellows Of Harvard College Dielectrophoretic tweezers apparatus and methods
DE202010013458U1 (en) 2010-09-23 2010-12-30 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Probe for apertureless near-field microscopy and / or Raman spectroscopy
US8021532B2 (en) 2008-02-26 2011-09-20 President And Fellows Of Harvard College Dielectrophoretic tweezers apparatus and methods

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9414582U1 (en) * 1994-09-09 1994-11-10 Fischer, Ulrich, Dr., 48159 Münster Microscopic transmitter or detector of electromagnetic radiation
DE19504662C2 (en) * 1995-02-13 1998-01-15 Wolfgang M Prof Dr Heckl Optical near-field probe
JP3639684B2 (en) * 1997-01-13 2005-04-20 キヤノン株式会社 Evanescent wave detection microprobe and method for manufacturing the same, probe including the microprobe and method for manufacturing the same, evanescent wave detection device including the microprobe, near-field scanning optical microscope, and information reproducing device
DE19755008B4 (en) * 1997-12-11 2007-01-04 Conti Temic Microelectronic Gmbh Method for operating a multifunctional interior mirror

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3276138D1 (en) * 1982-12-27 1987-05-27 Ibm Optical near-field scanning microscope
DE69131528T2 (en) * 1990-05-30 2000-05-04 Hitachi Ltd Method and device for treating a very small area of a sample
DE69118117T2 (en) * 1990-11-19 1996-10-24 At & T Corp., New York, N.Y. Optical near-field scanning microscope and its applications

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995003561A1 (en) * 1993-07-22 1995-02-02 British Technology Group Limited Intelligent sensor for near field optical device
GB2294759A (en) * 1993-07-22 1996-05-08 British Tech Group Intelligent sensor for near field optical device
JP3390173B2 (en) 1993-07-22 2003-03-24 ビーティージー・インターナショナル・リミテッド Intelligent sensors for near-field optical devices
WO2006056373A1 (en) * 2004-11-22 2006-06-01 Forschungszentrum Jülich GmbH Near-field antenna
WO2007058804A1 (en) * 2005-11-18 2007-05-24 President And Fellows Of Harvard College Dielectrophoretic tweezers apparatus and methods
US8262885B2 (en) 2005-11-18 2012-09-11 President And Fellows Of Harvard College Dielectrophoretic tweezers apparatus and methods
US8021532B2 (en) 2008-02-26 2011-09-20 President And Fellows Of Harvard College Dielectrophoretic tweezers apparatus and methods
DE202010013458U1 (en) 2010-09-23 2010-12-30 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Probe for apertureless near-field microscopy and / or Raman spectroscopy

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