DE4337507A1 - Akustisches Mikroskop - Google Patents
Akustisches MikroskopInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Meßtechnik und ist anwendbar bei
akustischen Mikroskopen, wie akustischen Tunnelmikroskopen und Atomkraftmikro
skopen, die zur Messung der Oberflächentopografie von Festkörpern und zur Mes
sung von dielektrischen, elastischen, piezoelektrischen und magnetischen Eigen
schaften von Festkörpern an deren Oberfläche dienen.
Es sind bereits akustische Mikroskope bekannt, bei denen eine mit einer Spitze
ausgestattete zylindrische Sonde mit ihrer Spitze über der Oberfläche des Festkör
pers angeordnet ist, wobei Sonde und Festkörper relativ zueinander mit Hilfe von
piezoelektrischen Aktuatoren in x-, y- und z-Richtung, bezogen auf die Oberfläche
des Festkörpers, bewegt werden können. Durch Anlegen einer Wechselspannung
an den z-Aktuator wird die Sonde zu Schwingungen angeregt die als Schall infolge
des Kontaktes der Atomkräfte von Spitze und Festkörper auf diesen übertragen wer
den. An der Rückseite des Festkörpers ist ein piezoelektrischer Wandler angeord
net, der die durch den Schall erzeugten mechanischen Deformationen des Festkör
pers in eine Wechselspannung wandelt. Die Amplitude dieser Wechselspannung
dient als Regelsignal für die Konstanthaltung des Abstandes zwischen Spitze und
Festkörperoberfläche.
Die bekannten Mikroskope haben den Nachteil, daß bei jedem Wechsel des zu un
tersuchenden Festkörpers der piezoelektrische Wandler von neuem mechanisch mit
dem Festkörper kontaktiert werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, akustische Mikroskope, bei denen eine
mit einer Spitze ausgestattete zylindrische Sonde mit ihrer Spitze über der Oberflä
che des Festkörpers angeordnet ist, wobei Sonde und Festkörper relativ zueinander
mit Hilfe von piezoelektrischen Aktuatoren in x-, y- und z-Richtung, bezogen auf die
Oberfläche des Festkörpers, bewegt werden können und zwischen Spitze und Fest
körper infolge von Schwingungen des z-Aktuators, die durch eine an diesen gelegte
Wechselspannung erzeugt werden, Schall übertragen wird, der durch einen piezo
elektrischen Wandler ein Wandlung in eine Wechselspannung erfährt, so auszu
bilden, daß der piezoelektrische Wandler beim Wechsel des zu untersuchenden
Festkörpers nicht von neuem mechanisch kontaktiert werden muß.
Diese Aufgabe wird mit dem in den Patentansprüchen angegebenen akustischen
Mikroskop gelöst. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische
Wandler mit der Sonde verbunden ist. Dabei kann sich zwischen Wandler und
Sonde ein festes Koppelmedium befinden, das in der Lage ist, mechanische Defor
mationen der Sonde zu übertragen. Für das Koppelmedium kann ein Epoxidharz
oder ein lösungsmittelhaltiger Klebstoff verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann der piezoelektrische Wandler aus einem beiderseits mit
einer Metallschicht bedeckten piezoelektrischen Foliestreifen, der um den zylindri
schen Teil der Sonde gelegt ist, bestehen. Zwischen beiden Teilen befindet sich das
Koppelmedium. Dabei umschließt der Foliestreifen den Sondenumfang vollständig.
Die Enden des Foliestreifens sind überstehend bemessen und stehen fahnenartig
von der Sonde ab. Sie können mit Hilfe des Materials des Koppelmediums miteinan
der verbunden sein. Hierbei können die Enden in vorteilhafter Weise unterschiedlich
lang sein, wobei am längeren Ende die elektrischen Zuleitungen des piezoelektri
schen Wandlers kontaktiert werden können. Der Foliestreifen kann beispielsweise
aus Polyvinylidenfluorid bestehen und sollte < 50 µm dick sein.
Der piezoelektrische Wandler kann erfindungsgemäß auch ein Hohlzylinder aus
einer piezoelektrischen Keramik sein, dessen äußere Mantelfläche mit einer Metall
schicht bedeckt ist und dessen innere Mantelfläche im Kontakt mit einem elektrisch
leitfähigen Körper steht. Der zylindrische Teil der Sonde und der Hohlzylinder sind in
diesem Fall zu einer konzentrischen Anordnung zusammengefügt. Der elektrisch
leitfähige Körper kann vorzugsweise eine Metallschicht oder der zylindrische Teil
der Sonde sein, wobei die Sonde dabei aus einem metallischen Werkstoff bestehen
sollte. Zweckmäßigerweise ist ein zwischen dem zylindrischen Teil der Sonde und
der Innenwandung des Hohlzylinders vorhandener Spalt über einen Teil seiner
Länge mit dem Koppelmedium und über den restlichen Teil mit einem elektrisch
leitfähigen Klebstoff ausgefüllt.
Weiterhin kann der piezoelektrische Wandler erfindungsgemäß auch ein Quader
aus piezoelektrischem Material sein, bei dem zwei gegenüberliegende Flächen mit
einer Metallschicht bedeckt sind. Zweckmäßigerweise ist dabei in eine der Flächen
des Quaders parallel zu einer seiner Kanten eine Nut mit halbkreisförmigem Quer
schnitt eingearbeitet. Darin ist der in das Koppelmedium eingebettete zylindrische
Teil der Sonde angeordnet.
Das erfindungsgemäße Mikroskop zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik
dadurch aus, daß bei einem Wechsel der zu untersuchenden Festkörperprobe der
piezoelektrische Wandler nicht von neuem mechanisch kontaktiert werden muß, da
der Wandler mit der Sonde und nicht mit der Festkörperprobe verbunden ist. Da
durch werden die Konstruktion und die Handhabung der akustischen Mikroskope
entscheidend vereinfacht.
Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der
zugehörigen Zeichnung zeigen
Fig. 1: in schematischer Darstellung den Aufbau einer Meßanordnung in einem
akustischen Mikroskop,
Fig. 2: die Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Meßanordnung.
Bei dieser Meßanordnung ist eine Sonde 1 über der Oberfläche eines zu unter
suchenden Festkörpers 2 angeordnet, die aus einem zylindrischen Teil 11 und einer
Spitze 12 besteht, wobei am zylindrischen Teil 11 ein piezoelektrischer Wandler 3
angebracht ist. Dieser ist im vorliegenden Beispiel ein 35 µm dicker piezoelektri
scher Foliestreifen 31 (Fig. 2) aus Polyvinylidenfluorid, der beiderseitig mit einer
Aluminiumschicht 32 und 33 bedeckt ist und den zylindrischen Teil 11 der Sonde 1
vollständig umschließt. Zwischen der Sonde 1 und dem Wandler 3 ist ein mechani
scher Kontakt mittels eines Koppelmediums 4 hergestellt worden. Dafür wurde ein
handelsüblicher lösungsmittelhaltiger Klebstoff verwendet. Die Enden 34 und 35 des
Folienstreifens 31 sind überstehend und mit zueinander unterschiedlicher Länge
bemessen, stehen fahnenartig von der Sonde 1 ab und sind mittels einer Kleber
schicht 41, die aus dem Material des Koppelmediums besteht, miteinander verklebt.
Am längeren Ende 35 des Foliestreifens 31 sind die elektrischen Zuleitungen 51
und 52 des piezoelektrischen Wandlers 3 kontaktiert.
Claims (14)
1. Akustisches Mikroskop, bei dem eine mit einer Spitze ausgestattete zylindrische
Sonde mit ihrer Spitze über der Oberfläche des Festkörpers angeordnet ist, wo
bei Sonde und Festkörper relativ zueinander mit Hilfe von piezoelektrischen Ak
tuatoren in x-, y- und z-Richtung, bezogen auf die Oberfläche des Festkörpers,
bewegt werden können und zwischen Spitze und Festkörper infolge von Schwin
gungen des z-Aktuators, die durch eine an diesen gelegte Wechselspannung er
zeugt werden, Schall übertragen wird, der durch einen piezoelektrischen Wandler
ein Wandlung in eine Wechselspannung erfährt, dadurch gekennzeichnet,
daß der piezoelektrische Wandler (3) mit der Sonde (1) verbunden ist.
2. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich
zwischen dem piezoelektrischen Wandler (3) und der Sonde (1) ein festes
Koppelmedium (4) befindet, das in der Lage ist, mechanische Deformationen der
Sonde (1) auf den Wandler (3) zu übertragen.
3. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Koppelmedium (4) unter Anwendung eines Epoxidharzes oder eines
lösungsmittelhaltigen Klebstoffs hergestellt ist.
4. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der piezoelektrische Wandler (3) aus einem beiderseits mit einer Metallschicht
bedeckten piezoelektrischen Foliestreifen (31) besteht und daß dieser um den
zylindrischen Teil (11) der Sonde (1), welcher mit dem Koppelmedium (4) umhüllt
ist, gelegt ist, wobei der Foliestreifen (31) den Sondenumfang vollständig um
schließt und wobei die Enden des Foliestreifens (31) fahnenartig von der
Sonde (1) abstehen und mit dem Material des Koppelmediums (4) miteinander
verbunden sind.
5. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
fahnenartig von der Sonde (1) abstehenden Enden des Foliestreifens (31) unter
schiedlich lang sind.
6. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am
längeren Ende des Foliestreifens (31) die elektrischen Zuleitungen (51; 52) des
piezoelektrischen Wandlers (3) kontaktiert sind.
7. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
piezoelektrische Foliestreifen (31) aus Polyvinylidenfluorid besteht.
8. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
piezoelektrische Foliestreifen (31) < 50 µm dick ist.
9. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
piezoelektrische Wandler ein Hohlzylinder aus einer piezoelektrischen Keramik
ist, dessen äußere Mantelfläche mit einer Metallschicht bedeckt ist und dessen
innere Mantelfläche im Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Körper steht, wo
bei der zylindrische Teil der Sonde und der Hohlzylinder zu einer konzentrischen
Anordnung zusammengefügt sind.
10. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
elektrisch leitfähige Körper eine Metallschicht ist.
11. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
elektrisch leitfähige Körper der zylindrische Teil der Sonde ist, wobei diese aus
einem metallischen Werkstoff besteht.
12. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 10 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
ein zwischen dem zylindrischen Teil der Sonde und der Innenwandung des
Hohlzylinders vorhandener Spalt über einen Teil der Länge des Hohlzylinders mit
dem Koppelmedium und über den restlichen Teil mit einem elektrisch leitfähigen
Klebstoff ausgefüllt ist.
13. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
piezoelektrische Wandler ein Quader aus piezoelektrischem Material ist, bei dem
zwei gegenüberliegende Flächen mit einer Metallschicht bedeckt sind.
14. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 13 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in eine der Flächen des Quaders parallel zu einer seiner Kanten eine Nut mit
halbkreisförmigem Querschnitt eingearbeitet ist, in welcher der in das Koppel
medium eingebettete zylindrische Teil der Sonde angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337507 DE4337507C2 (de) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Akustisches Mikroskop |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337507 DE4337507C2 (de) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Akustisches Mikroskop |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4337507A1 true DE4337507A1 (de) | 1995-05-18 |
DE4337507C2 DE4337507C2 (de) | 1997-05-28 |
Family
ID=6501693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934337507 Expired - Fee Related DE4337507C2 (de) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Akustisches Mikroskop |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4337507C2 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1989012805A1 (en) * | 1988-06-16 | 1989-12-28 | Wild Leitz Gmbh | An acoustic screen scan microscope for the examination of an object in the short-range field of a resonant acoustic oscillator |
-
1993
- 1993-11-03 DE DE19934337507 patent/DE4337507C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1989012805A1 (en) * | 1988-06-16 | 1989-12-28 | Wild Leitz Gmbh | An acoustic screen scan microscope for the examination of an object in the short-range field of a resonant acoustic oscillator |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 37, No. 1, January 1990, S. 38-43 * |
K. Takata: Tunneling acustic mikroscopy, Proceedings Ultrasonics Symposium 1992, Vol. 2, S. 723-729 * |
Proceddings of the IEEE, Vol. 67, No. 4, April 1979, S. 620-641 * |
Ultrasonics International 89 Conference Proceedings, S. 744-749 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4337507C2 (de) | 1997-05-28 |
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