Rasterkraftmikroskop

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503206463

Beantragt wird ein Rasterkraftmikroskop, mit dem zerstörungsfrei und automatisiert die Oberfläche von Festkörperproben, im Wesentlichen Halbleiterkristalle, Quantenpunkte und 2D-Materialien bezüglich verschiedener Parameter untersucht werden können. Es handelt sich um ein Instrument, welches Oberflächenstrukturen lateral im Nanometermaßstab und Höhenunterschiede vertikal im Sub-Nanometermaßstab im Ortsraum über Rasterkraftmikroskopie (“atomic force microscopy” AFM) erfasst. Dabei wird eine sehr scharfe Spitze nahe der Oberfläche gebracht und die Kraft gemessen, die zwischen Oberfläche und Spitze wirkt. Die Kraftmessung findet über die Verbiegung eines Cantilevers, an welchem die Messspitze befestigt ist, statt. Ein definierter Bereich wird abgerastert, indem die Spitze zeilenweise bewegt und u.a. pixelweise die Höheninformation gespeichert wird. Das Gerät arbeitet dabei berührungs- und dadurch zerstörungsfrei, wenn der Abstand als Rückkopplungsschleife mit der attraktiven Kraft zwischen Spitze und Oberfläche schnell genug nachgestellt wird. Automatisierte Messungen von ganzen Wafern werden ermöglicht, indem das Gerät die Spitzenannäherung sowie das Anfahren und Messen von vordefinierten Bereichen selbstständig durchführt. Die zu messenden Bereiche sind mit präzisen Ortskoordinaten bezüglich spezieller Referenzpunkte auf einer Probe versehen, erneut erreichbar und deshalb mit anderen Experimenten präzise vergleichbar. Neben topographischen Informationen können funktionale Bilder aufgenommen werden, die z.B. einen Materialkontrast liefern oder mechanische und elektrische Eigenschaften der Strukturen sichtbar machen. Das Rasterkraftmikroskop soll in die regelmäßige Charakterisierung von hergestellten Proben aufgenommen werden, wovon viele Projekte profitieren. In einem der Projekte sollen eben solche Bilder aufgenommen und genutzt werden, um periodisch modulierte Oberflächenstrukturen aufgrund eines Wachstumsgradienten zu identifizieren, die für ein Anordnen selbstorganisierter Quantenpunkte (SAQD) verantwortlich sind. Des Weiteren soll mit Hilfe von Materialkontrastaufnahmen geklärt werden, wie die Diffusion auf entsprechend strukturierten Oberflächen eine präferentielle Nukleation begünstigt. Ein weiteres Projekt soll den Einfluss von Ionenstrahlen auf die Oberflächenbeschaffenheit unterschiedlicher Kristalle aufklären. Mittels lokalem Tröpfchenätzen können Quantenpunkte mit sehr vielversprechenden Eigenschaften für Quanteninformationsverarbeitung hergestellt und ergänzend morphologisch mit einem AFM untersucht werden. Hybride 2D-Halbleitersysteme sollen ebenfalls hergestellt und erforscht werden. Rasterkraftmikroskopie von Oberflächen ist eine der wichtigsten Untersuchungsmethoden von Epitaktikern. Bisher haben wir diese Charakterisierung über externe Kooperationen durchgeführt. Intensive, großflächige Aufnahmen der Oberfläche, die zeitnah nach dem Wachsen ausgeführt werden müssen, machen ein modernes und automatisiertes Gerät unabdingbar.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Rasterkraftmikroskop
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiter: Professor Dr. Andreas Dirk Wieck