Nanostrukturierung von Spitzen für die Rastersondenmikroskopie

Die Eigenschaften von metallischen oder nichtmetallischen Spitzen / Sonden wie z.B. der Spitzenradius, das Apexverhältnis, die geometrische Form und Oberflächeneigenschaften (hydrophob / hydrophil) besitzen einen entscheidenden Einfluß auf reproduzierbare Untersuchungsergebnisse der Rastersondenmikroskopie. Zur Spitzenherstellung wurde ein experimenteller Aufbau mit einer Ionenkanone entwickelt, der einen Beschuß eines rotierenden Spitzenrohlings mit Argonionen unter definierten Winkeln von 0º bis 120º und bis zu Ionenenergien von ca. 5 keV ermöglicht. Zum detailierten Verständnis des Materialabbaus wurde der Ionenätzprozeß über eine Monte Carlo-Rechnung simuliert; ihre Ergebnisse stimmen gut mit den experimentellen Daten an Wolframspitzen überein. Die Computer-Simulation ist darüberhinaus sehr hilfreich, um die experimentellen Beschußparameter für ein vorgegebenes Problem effizient zu optimieren. Wichtige Ergebnisse sind u.a., daß für die meisten Materialien zur Erzeugung einer scharfen Spitze ein zur Längsachse senkrechter Beschuß optimal ist und daß ein Materialabbau durch Ionenbeschuß nach asymptotischem Erreichen der Spitzenendform dieselbe nicht weiter verändert. Mit Wolfram wurde experimentell ein minimaler Spitzenradius von unter 5 nm und ein Apexverhältnis von etwa 0,2 erreicht. Theoretischen Überlegungen zufolge sollten sich noch kleinere Spitzenradien mit Ionenenergien unter 2 keV erzielen lassen. Der Materialabbau durch schräg auf ein Objekt einfallende Ionen ermöglicht es weiterhin, eine glatte und weitestgehend deformationsfreie Schnittfläche in eine Probe zu erzeugen. Dieser Effekt ist als Präparationsverfahren von großem praktischen Interesse, weil damit eine saubere Schnittfläche des Objektinneren für oberflächensensitive Abbildungs- und Analyseverfahren zugänglich gemacht wird.

Drittmittelgeber:

Industrie

Beteiligte Wissenschaftler:

Dipl.-Phys. P. Hoffrogge, Dipl.-Phys. H. Kopf, Prof. Dr. R. Reichelt (Leiter)

Veröffentlichungen:

Hoffrogge, P., H. Kopf, R. Reichelt: Nanostructuring of tips for scanning probe microscopy by ion sputtering: how to control the apex ratio and the tip radius?, in: J. Appl. Phys., submitted.