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Dokumentenidentifikation DE202004003161U1 17.06.2004
Titel Rastersondenmikroskop
Anmelder Heckl, Wolfgang M., Prof. Dr., 80939 München, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner, 90402 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 202004003161
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 17.06.2004
Registration date 13.05.2004
Application date from patent application 26.02.2004
IPC-Hauptklasse G12B 21/00
IPC-Nebenklasse H01J 37/20   G01B 7/34   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Rastersondenmikroskop, insbesondere ein Rastertunnelmikroskop oder ein Rasterkraftmikroskop oder ein Optisches Nahfeldmikroskop.

Bekannte Ausführungsformen von Rastersondenmikroskopen (Abkürzung: RSM) sind das Rastertunnelmikroskop (Abkürzung RTM; engt. Scanning-Tunneling-Microscope STM) und das Rasterkraftmikroskop (Abkürzung RKM; engl. Atomic-Force-Microscope AFM) sowie das Optische Nahfeldmikroskop (Abkürzung ONM; engl. Scanning Nearfield Optical Microscope SNOM). Historisch entstand zunächst das RTM, aus dem dann das RKM entwickelt wurde.

Mit Rastersondenmikroskopen lassen sich Oberflächen auf Nanometerskala, teils mit atomarer Auflösung, abtasten, d.h. sie eignen sich zur Untersuchung molekularer und atomarer Strukturen. Eine Besonderheit ist dabei, dass die Untersuchungen in Vakuum, in Luft und sogar unter Flüssigkeit durchgeführt werden können.

Das RTM umfasst eine atomar feine, elektrisch leitenden Spitze, die im Idealfall mit einem einzigen Atom abschließt. Diese Spitze wird mit kleinem Abstand über eine Probenoberfläche geführt. Dies geschieht mit Hilfe von piezoelektrischen Kristallen, d.h. Kristallen, die sich beim Anlegen einer Spannung ausdehnen.

Die Spitze ist auf einem weiteren Piezo-Element, das den Abstand zwischen Spitze und Probe steuert, angeordnet. Zwischen Spitze und Probe wird eine Spannung angelegt. Aufgrund des kleinen Abstandes fließt zwischen Spitze und Probe ein sogenannte Tunnelstrom. Verschiedene Betriebsarten des RTM Nutzen diesen Effekt zur Erstellung einer dreidimensionalen Abbildung der Probenoberfläche. So lässt sich beispielsweise das Piezo-Element über einen Regelkreis derart ansteuern, dass der Tunnelstrom konstant gehalten wird. Anhand der am Piezo-Element anliegenden Spannung lässt sich dann die Topographie der untersuchten Probenoberfläche darstellen. Auch ist es möglich, die Einstellung des Piezo-Elements konstant zu halten und die Veränderung des Tunnelstroms als Basis für die Abbildung der Probenoberfläche heranzuziehen. Eine Ausführungsform eines RTM ist beispielsweise aus EP 0 027 517 B1 bekannt.

Das RKM umfasst ebenfalls eine Spitze von atomarer Feinheit. Derartige Spitzen lassen sich durch Ätzverfahren herstellen. Im RKM ist die Spitze auf einem Cantilever, einer Axt Blattfeder, angebracht. Auch beim RKM wird die Spitze mit Hilfe von Piezo-Elementen über eine zu untersuchende Probenoberfläche geführt. Durch die Struktur der Oberfläche wird der Cantilever ausgelenkt. Diese Auslenkung kann mit kapazitiven oder optischen Sensoren gemessen werden. Aus diesen Daten lässt sich eine dreidimensionale Abbildung der Probenoberfläche erstellen.

Im Vergleich zum RTM hat das RKM eine etwas niedrigere Auflösung, ermöglicht aber im Gegensatz zum RTM auch die Untersuchung nichtleitender Proben.

In einem Optischen Nahfeldmikroskop ONM wird eine Spitze von atomarer Feinheit mit Licht bestrahlt und/oder sendet selbst Licht aus. Auch hier wird die Spitze mit Hilfe von Piezo-Elementen über eine zu untersuchende Probenoberfläche geführt. Die Spitze bündelt das Licht, die Streuung bzw. Reflexion an der Probenoberfläche wird von einem Detektor aufgefangen und dient der Erstellung eines topographischen Abbilds der Probenoberfläche.

Mit Rastersondenmikroskopen RSM wird eine Auflösung im Nanometerbereich, teilweise bis hin zum Ängström-Bereich, erreicht. Hierfür ist eine präzise Justierung der Probe zur Spitze erforderlich. Ferner müssen störende externe Einflüsse, beispielsweise durch mechanische Schwingungen oder durch elektromagnetischer Strahlung oder durch Temperaturänderungen, weitestgehend unterbunden werden. So kann beispielsweise die Ausdehnung der im Mikroskop verarbeiteten Materialien bei Temperaturerhöhung zur unerwünschten Beeinträchtigung bei einer Probenuntersuchung führen, beispielsweise zu einer Drift zwischen Probe und Spitze oder zu einer unerwünschten Abstandsänderung zwischen Probe und Spitze. Im Extremfall können Probe und Spitze zusammenstoßen, was eine Zerstörung der Spitze zur Folge haben kann. Vergleichbar negativ wirken sich die Einkopplung von Schwingungen in das Mikroskop auf die Anordnung der Spitze zur Probe und auf die erzielbaren Messergebnisse aus. Darüber hinaus kann sich auch die Mechanik des Mikroskops, beispielsweise die Justiermechanik, negativ auf die Anordnung der Spitze zur Probe auswirken. Als Beispiel sei der Aufbau von mechanischen Spannungen aufgrund von Verhakungen zwischen einzelnen Komponenten bei Justieren angeführt. Derartige Spannungen führen häufig zu einem plötzlichem Spannungsabbau (stress relief). Dies wiederum bringt unplanbare Probenbewegungen relativ zur Spitze mit sich. Aufgrund des geringen Abstands kann dies dazu führen, dass die Probe gegen die Spitze bewegt wird und diese dadurch zerstört wird.

Bei den bekannten RSM sind diese Probleme nur unzureichend gelöst und führen damit häufig zur Beeinträchtigung der Untersuchungsergebnisse. Oft werden aufwändige Maßnahmen zur Unterbindung der beschriebenen Störungen ergriffen. Beispielsweise wird die Temperatur des RSM zur Vermeidung der negativen Auswirkungen durch Temperaturschwankungen auf konstanter Temperatur gehalten. Derartige Maßnahmen stehen allerdings im Wiederspruch dazu, dass der grundsätzliche Aufbau eines RSM einfach und klein ist, d.h. im Prinzip auf einer Fläche von der Größe eines DIN-A4-Blattes unterzubringen ist und daher zumindest dem Grundsatz nach sehr flexibel und auch mobil einsetzbar ist.

Ferner ist die in bekannten RSM übliche waagrechte Orientierung der Spitze nachteilig, da die Probe hierbei senkrecht angeordnet werden muss. Aufgrund der Schwerkraft kann es hier zu unerwünschten Verschiebungen der Probe relativ zur Spitze kommen, insbesondere bei fluiden dünnen Filmen (beispielsweise Flüssigkristall-Tropfen).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes und gegen die angeführten Störungen, insbesondere Temperaturschwankungen und/oder Einkopplung von Schwingungen und/oder Schwerkrafteinflüsse, weitestgehend unempfindliches Rastersondenmikroskop RSM anzugeben. Insbesondere soll damit ein flexibel einsetzbares, transportables RSM, vorzugsweise in „Taschengröße", d.h. mit Außenabmessungen kleiner 500 mm bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein RSM mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, des Patentanspruchs 4, des Patentanspruchs 5, des Patentanspruchs 12, des Patentanspruchs 13 oder des Patentanspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den von diesen Ansprüchen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das RSM gemäß Anspruch 1 umfasst wenigstens einer Spitze, die mittels eines oder mehrere Piezoelemente bewegbar ist, und mindestens eine Halterung für mindestens eines der Piezoelemente, wobei die Halterung im Wesentlichen aus Keramik und/oder Glaskeramik besteht. Gemäß einer Weiterbildung besteht die Halterung im Wesentlichen aus der Keramik Schapal und/oder aus der Glaskeramik Makor®. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Keramik und/oder der Glaskeramik Stahl, insbesondere V2A-Stahl, beigesetzt ist.

Der Vorteil eines gemäß Anspruch 1 ausgebildeten RSM liegt insbesondere in der Temperaturstabilität der Halterung aus Keramik und/oder Glaskeramik. Der Ausdehnungskoeffizient der Halterung liegt damit bei nahezu null. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Position des bzw. der von der Halterung gehaltenen Piezoelements bzw. Piezoelemente sich nicht oder zumindest nicht relevant aufgrund von Temperaturänderungen verschiebt. Damit wird auch eine darauf zurückgehende Drift der an dem/den Piezoelement(en) angebrachten Spitze relativ zur zu untersuchenden Probe zumindest weitestgehend unterbunden. Beeinträchtigungen von Untersuchungsergebnissen durch sich ändernde Temperaturen werden auf diese Weise verhindert oder zumindest deutlich reduziert. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, die Temperatur des RSM stabil zu halten.

Die Erfindung gemäß Anspruch 4 gibt ein RSM mit wenigstens einer länglichen Spitze an, bei dem die Längserstreckung der Spitze im Wesentlichen parallel zur Schwerkraft ausgerichtet ist. Da eine zu untersuchende Probe im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Spitze angeordnet ist, ist die Probe somit im Wesentlichen horizontal und damit senkrecht zur Schwerkraft auf einem ebenfalls im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Probenhalter angeordnet. Eine unbeabsichtigte Probenverschiebung relativ zur Spitze aufgrund der Schwerkraft wird dadurch verhindert. Zusätzliche Maßnahmen zur Verhinderung einer derartigen Verschiebung sind daher bei dieser Ausbildung des RSM nicht erforderlich, was insgesamt zur Vereinfachung des Aufbaus des RSM beiträgt. Insbesondere ermöglicht die vertikale Ausrichtung der Spitze, d.h. parallel zur Schwerkraft, die problemlose Untersuchung von fluiden dünnen Filmen, beispielsweise von Flüssigkristall-Tropfen, ohne dass hierfür besondere Maßnahmen zu ergreifen wären.

Das RSM gemäß Anspruch 5 umfasst mindestens ein Spitzenelement mit mindestens einer Spitze, das in oder an mindestens einem Spitzenträger angeordnet ist, mindestens einen Probenhalter und mindestens eine Justiervorrichtung, über die Spitzenträger und Probenhalter relativ zueinander bewegbar sind, wobei der Probenhalter mit dem Spitzenträger über mindestens ein Kugelelement, insbesondere im Wesentlichen aus Stahl, beweglich verbunden ist.

Der Vorteil dieser Ausbildung des RSM liegt insbesondere darin, dass aufgrund des Kugelelements der Probenhalter gegenüber dem Spitzenträger eine Kugellagerung aufweist. Dadurch wird die Justierbarbeit der Position des Probenhalters relativ zum Spitzenträger im Vergleich zu einer Lagerung des Probenhalters auf einem ebenen Element, beispielsweise auf der flachen Vorderseite eines Haltebolzens, auf einfache Weise verbessert. Diese Ausbildung weist ferner eine höhere Stabilität auf als die Lagerung auf einer ebenen Fläche. Insbesondere treten bei einer Justierung des Probenhalters relativ zur Spitze keine Verhakungen auf, wie dies beispielsweise bei Lagerung auf einer ebenen Fläche der Fall sein kann. Derartige Verhakungen führen zu Spannungen, gefolgt von einem plötzlichem Spannungsabbau (stress relief). Dies wiederum bringt unplanbare Probenbewegungen relativ zur Spitze mit sich. Aufgrund des geringen Abstands kann dies dazu führen, dass die Probe gegen die Spitze bewegt wird und diese dadurch zerstört wird. Diese Probleme treten bei einer Kugellagerung überhaupt nicht auf, so dass der Justiervorgang durch eine derartige Ausbildung wesentlich vereinfacht ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist hierzu vorgesehen, dass das Kugelelement fest mit dem Spitzenträger, insbesondere einer Trägerkomponente des Spitzenträgers, verbunden, insbesondere verschweißt, ist, und/oder dass das Kugelelement beweglich mit dem Probenhalter verbunden ist. Ergänzend kann zweckmäßigerweise das Kugelelement magnetisch an dem Probenhalter angebracht, insbesondere befestigt sein. Selbstverständlich bleibt die Kugel dadurch weiterhin gegenüber dem Probenhalter beweglich, insbesondere drehbar.

Eine Weiterbildung zum Kugelelement sieht vor, dass der Probenträger eine Probenträgerplatte, insbesondere im Wesentlichen aus Stahl, zur Aufnahme einer zu untersuchenden Probe und eine Justierplatte, insbesondere im Wesentlichen aus einer ausdehnungsniedrigen Legierung, vorzugsweise einer Eisen-Nickellegierung, insbesondere mit 36 % Nickel, beispielsweise Invar® oder Super-Invar®, umfasst, wobei die Probenträgerplatte mit der Justierplatte beweglich über ein erstes Walzenelement, das insbesondere an der Justierplatte befestigt ist, verbunden ist, wobei die Probenträgerplatte mit dem Spitzenträger beweglich über ein zweites Walzenelement, das insbesondere am Spitzenträger befestigt ist, verbunden ist, und wobei die Justierplatte des Probenhalters mit dem Spitzenträger über das Kugelelement beweglich verbunden ist.

Demnach umfasst der Probenträger zwei Komponenten, die für die eigentliche Funktion, die Halterung einer zu untersuchenden Probe, bestimmte Probenträgerplatte und eine für die Justierung als „Hebelarm mit Gelenkstange (= Walzenelement)" wirkende Justierplatte.

Weiter ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung zur Justierung der Probenträgerplatte relativ zum Spitzenträger ein erstes Stellelement, das direkt auf die Probenträgerplatte einwirkt, und/oder ein zweites Stellelement, das indirekt über die Justierplatte auf die Probenträgerplatte einwirkt, vorgesehen. Das erste Stellelement ermöglicht eine Grobjustierung der Position der Probenträgerplatte relativ zum Spitzenträger und damit der Position der Spitze über der Probe. Das zweite Stellelement ermöglicht die entsprechende Feinjustierung.

Gemäß spezieller Ausführungsformen kann das erste Stellelement und/oder das zweite Stellelement ein mechanisches und/oder elektrisches und/oder pneumatisches und/oder hydraulisches Stellelement umfassen. Insbesondere kann das erste Stellelement und/oder das zweite Stellelement einen Schrittmotor umfassen.

Die Erfindung gemäß Anspruch 12 sieht ein RSM vor, bei dem die Annäherung der Spitze an eine Probe mittels mindestens einer Justiervorrichtung erfolgt, wobei mindestens eine Kamera vorgesehen ist, über die ein Bediener die Annäherung der Spitze an die Probe beobachten kann. Eine vertikale Probenhalterung ermöglicht in der Regel noch eine direkte Beobachtung der Annäherung durch den Bediener des Mikroskops. Bei einer waagrechten Probenhalterung ist dies kaum mehr möglich. Eine wesentliche Arbeitsvereinfachung lässt sich in jedem der Fälle durch eine indirekte Beobachtung der Annährung über eine Kamera erreichen, wobei das Bild beispielsweise auf einem Monitor dargestellt wird. Besonders komfortabel ist, wenn der Bediener sich Spitze und Probe in einer Vergrößerung entsprechend seinen Wünschen darstellen lassen kann.

Anspruch 16 gibt ein RSM an, das in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse eine oder mehrere Durchführung für eine oder mehrere elektrische Anschlussleitungen aufweist, und wobei die Anschlussleitungen zur Reduzierung von Schwingungseinkopplungen in das Mikroskop an den Durchführungen angebracht, insbesondere befestigt, sind und/oder, vorzugsweise im Bereich der Durchführungen, mechanisch entkoppelt sind, insbesondere durch induktive oder optische Weitergabe von Signalen, beispielsweise durch Optokoppler.

Diese Ausbildungen reduzieren auf einfache Weise die Einkopplung von Schwingungen in das Mikroskop und somit auch die damit verbundenen, eingangs beschriebenen Nachteile.

Eine bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsform eines RSM gemäß der Erfindung sieht vor, dass das Mikroskop auf einer Schwingungsdämpfung, insbesondere umfassend mehrere Metallplatten, vorzugsweise Kupferplatten, aufgebaut ist. Dadurch lassen sich externe Schwingungen, die sich negativ auf das Untersuchungsergebnis auswirken könnten, weitestgehend von dem Mikroskop fernhalten. Eine Weiterbildung hierzu seiht vor, dass die Platten verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen. Auf diese Weise lassen sich verschiedene Schwingungsfrequenzen besonders wirkungsvoll dämpfen. Die Metallplatten können über Bolzen voneinander getrennt flächig übereinander angeordnet sein. Es ist aber alternativ oder additiv auch möglich und ggf. vorteilhaft, unter und/oder zwischen den Platten ein Elastomer, beispielsweise einen weichen Gummi und/oder ein synthetisches Fluorelastomer wie Viton® anzuordnen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des RSM, bei dem wenigstens eine mit dem Mikroskop verbundene oder zu verbindende Anschlussleitung vorgesehen ist, wird die Anschlussleitung an wenigstens einer, vorzugsweise allen Metallplatten angebracht, insbesondere befestigt. Jede Anbringung bzw. Befestigung reduziert die Weiterleitung und damit die Einkopplung von Schwingungen in das Mikroskop.

Das RSM gemäß Anspruch 16 ist zur Reduzierung der Schwingungseinkopplung aufgehängt. In Frage kommt hierfür beispielsweise eine Vier-Punkt-Aufhängung, d.h. eine Aufhängung an vier Stellen des Mikroskops. Die Aufhängung des Mikroskops kann gemäß einer Weiterbildung über Federn und/oder Seilzüge erfolgen und/oder durch Federn und/oder Seilzüge ergänzend stabilisiert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines RSM gemäß der Erfindung ist die Spitze Teil eines Spitzenelements, umfassend ein oder mehrere in Form einer Röhre angeordnete Piezoelemente, wobei an einer ersten Seite der Piezo-Röhre die Spitze und an einer der erste Seite gegenüberliegenden Seite der Piezo-Röhre eine Halterung angeordnet ist und wobei die Spitze über einen Spitzenhalter, insbesondere im Wesentlichen aus einer ausdehnungsniedrigen Legierung, vorzugsweise einer Eisen-Nickellegierung, insbesondere mit 36 % Nickel, beispielsweise Invar® oder Super-Invar® , und/oder über eine Piezoabschirmung, insbesondere im Wesentlichen aus Stahl, an der Piezo-Röhre angebracht ist.

Auch kann gemäß einer Ausbildung vorgesehen sein, dass die Spitze in oder an einem Spitzenträger angeordnet ist, der zumindest teilweise aus einer ausdehnungsniedrigen Legierung, vorzugsweise einer Eisen-Nickellegierung, insbesondere mit 36 % Nickel, beispielsweise Invar® oder Super-Invar®, besteht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das RSM in einem Gehäuse umfassend eine Basisplatte, insbesondere aus Aluminium, und eine Haube, insbesondere aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Material, z.B. einer hochpermeablen Nickel-Eisen-Legierung, einem &mgr;-Metall, einem Mü-Metall, einem Mu-Metall oder einem MUMetall®, vorzugsweise mit einer Stärke von 1,5 mm, angeordnet. Dadurch lassen sich weitere externe Störungen, beispielsweise durch Schallwellen, Luftzug oder elektromagnetische Wellen, weitestgehend unterbinden.

Die Seitenabmessungen des das RSM umgebenden Gehäuses liegen bei maximal 500 mm, insbesondere bei maximal 300 mm. Das RSM selbst lässt sich problemlos auf einer Platte mit einer Länge und Breite von maximal 100 mm, insbesondere 80 mm, unterbringen, und weist selbst bei senkrechter Spitzenanordnung eine maximale Höhe von 100 mm auf. Auch kleinere Abmessungen lassen sich bereits problemlos realisieren. Ein Vorteil kleiner Abmessungen liegt unter anderem darin, dass auf diese Weise allein aufgrund der Abmessungen die Einkopplung von niederfrequenten Schwingung in das Mikroskop reduziert wird.

Gegenüber den üblichen RSM ist bei den RSM gemäß der Erfindung somit die Materialauswahl optimiert, der Einfluss von Temperaturänderungen, d.h. der Temperaturgang, ist minimiert und die Einkopplung von Schwingungen, insbesondere niederfrequenten Schwingungen, ist reduziert.

Dadurch lassen sich vorzugsweise sogar RSM angeben, bei denen die Driftgeschwindigkeit der Spitze relativ zur Probe kleiner 1 nm/s (Nanometer durch Sekunde), insbesondere kleiner 0,1 nm/s ist.

Insgesamt wird somit ein RSM angegeben, das einfach aufgebaut ist und aufgrund seiner kleinen Abmessungen problemlos transportiert werden kann. Da es aufgrund seines Aufbaus externe Störeinflüsse gut abschirmt, kann es an nahezu jedem Ort betrieben werden. Aufwändige Zusatzmaßnahmen zur Abschirmung externer Störungen sind nicht erforderlich.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

1 schematisch in einer dreidimensionalen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Rastersondenmikroskops RSM gemäß der Erfindung, angeordnet in einem Gehäuse,

2 vergrößert das RSM gemäß 1, angeordnet auf einer Schwingungsdämpfung,

3 vergrößert ein in dem RSM gemäß 1 und 2 eingesetztes Spitzenelement,

4 eine zu 1 und 2 alternative Anordnung des RSM auf einer Schwingungsdämpfung,

5 das RSM gemäß 1, 2 bzw. 4 in schematischer, dreidimensionaler Ansicht,

6a, 6b, 6c, 7, 8a, 8b verschiedene Komponenten des Spitzenelements aus 3 in vergrößerter Einzeldarstellung,

9a, 9b zwei alternative Anordnungen eines Spitzenträgers eines RSM auf einer Metallplatte, und zwar 9a eine Anordnung entsprechend 4 und 9b eine Anordnung entsprechend 1 und 2,

10, 11a, b, 12a, b, 13 in vergrößerter Einzeldarstellung einen Spitzenträger eines RSM bzw. einzelne seiner Komponenten,

14 ein Probenblech zur Aufnahme einer zu untersuchenden Probe,

15, 16a, b verschiedene Komponenten eines Probenhalters eines RSM,

17a, b, c eine Schwingungsdämpfung eines RSM bzw. einzelne ihrer Komponenten,

18, 19, 20a, b verschiedene Gehäuseteile eines RSM.

In den Figuren werden für vergleichbare Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet.

1 zeigt schematisch in einer dreidimensionalen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Rastersondenmikroskops 2 (Abkürzung: RSM) gemäß der Erfindung. Dabei kann es sich sowohl um ein Rastertunnelmikroskop als auch um ein Rasterkraftmikroskop sowie um ein Optisches Nahfeldmikroskop handeln.

Das RSM 2 ist über eine Schwingungsdämpfung 8 auf einer Basisplatte 9 befestigt. Umschlossen wird das RSM 2 von einem Gehäuse umfassend die Basisplatte 9 und eine (in 1 transparent dargestellte) Gehäusehaube 10. Ferner ist an der in 1 linken Seite im Übergangsbereich zwischen Basisplatte 9 und Gehäusehaube 10 eine Leiste 11 mit mehreren Durchführungen 12 angeordnet. Diese Durchführungen 12 dienen der Durchführung von elektrischen Anschlussleitungen (nicht dargestellt). Zur Reduzierung von Schwingungseinkopplungen in das Mikroskop sind die Anschlussleitungen an den Durchführungen 12 befestigt. Ferner kann eine mechanisch Entkopplung vorgesehen sein, d.h. die Signale werden berührungsfrei weitergegeben, z.B. induktiv oder optisch (durch Optokoppler).

2 zeigt vergrößert das RSM 2 aus 1. Zu erkennen ist auch in 2 die Befestigung des RSM 2 auf der Schwingungsdämpfung 8. Die Schwingungsdämpfung 8 setzt sich aus mehreren Metallplatten 13 zusammen. Diese können beispielsweise aus Kupfer sein. Zu erkennen sind in 2 als Komponenten des RSM 2 ein Spitzenträger 3, ein Probenhalter 4 und eine Justiervorrichtung 5 mit einem ersten Stellelement 6 und einem zweiten Stellelement 7. Spitzenträger 3 und Probenhalter 4 setzen sich jeweils aus mehreren nachfolgend anhand von weiteren Detaildarstellungen weiter erläuterten Einzelkomponenten zusammen. In den Spitzenträger 3 ist ein Spitzenelement 14 eingesetzt.

Dieses letztgenannte Spitzenelement 14 ist in 3 als Einzelteil vergrößert schematisch dargestellt. Zu erkennen ist in 3 auf der rechten Seite eine längliche Spitze 15, die auf einem Spitzenhalter 16 angeordnet ist. Diese bildet die Sonde des RSM 2, mit der die Oberfläche einer zu untersuchenden Probe abgetastet wird (nicht dargestellt). Weiterhin ist in 3 dargestellt ein Piezoelement 17, an dem der Spitzenhalter 16 befestigt ist, und zwar über eine der Spitze 15 gegenüberliegende Seite des Spitzenhalters 16. Dieses Piezoelement 17 ist röhrenartig ausgebildet und umfasst mehrere piezoelektrische Kristalle (in 3 nicht zu erkennen). Durch Anlegen einer Spannung bzw. durch Variation einer bereits anliegenden Spannung lassen sich die Abmessungen der piezoelektrischen Kristalle und damit des Piezoelements 17 verändern. Auf diese Weise kann die Spitze 15 innerhalb bestimmter Grenzwerte sowohl im Wesentlichen parallel zur Oberfläche einer zu untersuchenden Probe als auch im Wesentlichen senkrecht zu dieser Probenoberfläche bewegt werden. Auf diese Weise lässt sich die zu untersuchende Oberfläche zeilenweise abtasten und damit anhand von sich jeweils ergebenden Messwerten ein dreidimensionales Abbild der Probenoberfläche erstellen.

Beispielsweise kann das Piezoelement 17 vier Piezosegmenten (nicht dargestellt) umfassen, die jeweils als ein Viertel einer Röhre ausgebildet sind, d.h. im Querschnitt stellt jedes Segment einen Viertelring dar. Diese vier Segmente sind so zusammengefügt, dass das Piezoelement 17 als Röhre ausgebildet ist. Zur elektrischen Kontaktierung ist das als Röhre ausgebildete Piezoelement 17 innen und außen metallisch bedampft, wobei die vier Segmente einzeln ansteuerbar sind. Werden nur einzelne Segmente angesteuert, führt dies zu einer Biegung des Piezoelements 17. Werden alle gleichermaßen angesteuert, führt dies zu einer Verschiebung des Piezoelements 17.

Auf einer der Spitze 15 zugewandten Seite des Piezoelements 17 ist eine Piezoabschirmung 18 in Form einer Scheibe angeordnet. Die Piezoabschirmung 18 weist eine Durchführung in ihrer Mitte auf, über die sie auf den Spitzenhalter 16 aufgeschoben ist. Die Piezoabschirmung 18 dient dazu, an oder in dem Piezoelement 17 auftretende Spannungen und Ströme zur Spitze 15 hin abzuschirmen.

Auf einer der Spitze 15 abgewandten Seite des Piezoelements 17 ist ein Piezohalter 19 (Halterung) zu erkennen. Der Piezohalter 19 weist eine gefräste Ausnehmung 33 (in 3 nicht dargestellt, vgl. 8a und 8b) auf, in die das Piezoelement 17 eingeklebt ist. Zur Unterbindung von unbeabsichtigten Bewegungen des Piezoelements 17 und damit der Spitze 15 aufgrund von Temperaturänderungen besteht der Piezohalter 19 aus der Keramik Schapal oder aus der Glaskeramik Makor®. Weitere Details des Piezohalters 19 sind untenstehend anhand von 8a und 8b beschrieben.

In 2 ist ersichtlich, dass das Spitzenelement 14 in eine Ausnehmung 20 (in 2 verdeckt) des Spitzenträgers 3 eingesteckt ist, und zwar derart, dass die Spitze 15 horizontal orientiert ist, d.h. die Längserstreckung der Spitze 15 ist parallel zur flächigen Erstreckung der Metallplatten 13 und damit senkrecht zur in 2 nach unten gerichteten Schwerkraft ausgerichtet. Das Spitzenelement 14 ist ferner über den Piezohalter 19 am Spitzenträger 3 befestigt. Der Spitze 15 gegenüber ist eine Komponente des Probenhalters 4 angeordnet, auf dem eine zu untersuchende Probe im wesentlichen senkrecht, d.h. parallel zur Schwerkraft, anordbar ist.

4 zeigt eine zu 1 und 2 alternative Anbringung des RSM 2 auf der Schwingungsdämpfung 8. Das RSM 2 ist hier um 90° nach oben gedreht. Die längliche Spitze 15 (in 4 nicht zu erkennen) ist nunmehr – wie anhand der Ausrichtung des Spitzenelements 14 ersichtlich ist – senkrecht ausgerichtet, d.h. die Längserstreckung der Spitze 15 ist senkrecht zur flächigen Erstreckung der Metallplatten 13 und damit parallel zur Schwerkraft, die auch in 4 nach unten gerichtet ist, ausgerichtet. Demzufolge lässt sich eine zu untersuchende Probe in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen waagrecht auf dem Probenhalter 4 anordnen. Auf diese Weise ist ein unbeabsichtigtes Verschieben der Probe durch die Schwerkraft ausgeschlossen. Weiter ist in 4 ein Heiz- und/oder Kühlelement 45 zur Probentemperierung zu erkennen. In Frage kommt beispielsweise ein Peltierelement. Ergänzend sollte ein Temperaturfühler angeordnet sein (in 4 nicht dargestellt). Die Anordnung und Ausbildung des Heiz- und/oder Kühlelements 45 sowie die Steuerung der Probentemperatur hierüber erfolgt derart, dass die Probenpositionierung nicht beeinflusst wird, insbesondere keine Drift der Probe hervorgerufen wird.

5 zeigt das RSM 2 aus 1, 2 oder 4 in vergrößerter schematischer Darstellung. Zu erkennen sind auch in 5 als Komponenten des RSM 2 der Spitzenträger 3, der Probenhalter 4 und das erste Stellelement 6 und das zweite Stellelement 7.

Der Spitzenträger 3 umfasst einen Korpus 21, in den das Spitzenelement 14 in die Ausnehmung 20 eingesetzt ist, eine an dem Korpus 21 befestigte L-Stütze 22 und einen ebenfalls an dem Korpus 21 befestigten U-Träger 23.

Der Probenhalter 4 umfasst eine Probenträgerplatte 24 und eine Justierplatte 25. Probenträgerplatte 24 und Justierplatte 25 sind beweglich über ein erstes Walzenelement 26 miteinander verbunden. Eine zu untersuchende Probe wird mittels eines Probenblechs 40 (in 5 nicht dargestellt, vgl. 14) auf der Probenträgerplatte 24 angebracht. Das Probenblech 40 kann beispielsweise magnetisch auf der Probenträgerplatte 24 befestigt sein bzw. werden. Die Probe wiederum kann beispielsweise auf dem Probenblech 40 mit Leitsilber aufgeklebt oder mit entsprechenden Hilfselementen festgeklemmt sein.

Ferner ist die Probenträgerplatte 24 über ein zweites Walzenelement 27 mit dem Korpus 21 des Spitzenträgers 3 beweglich verbunden. Die Justierplatte 25 wiederum ist über ein Kugelelement 28 beweglich mit dem U-Träger 23 des Spitzenträgers 3 verbunden.

Insgesamt ist damit durch die Walzenelemente 26, 27 und das Kugelelement 28 der Probenträger 4 relativ zum Spitzenträger 3 beweglich gelagert. Damit lässt sich eine auf der Probenträgerplatte 24 angeordnete, zu untersuchende Probe exakt zu der fest mit dem Spitzenträger 3 verbundenen Spitze 15 ausrichten (oder umgekehrt).

Für diese Ausrichtung (Positionierung, Justierung) sind das erste Stellelement 6 und das zweite Stellelement 7 vorgesehen. Beide Stellelemente 6, 7 reichen durch entsprechende Ausnehmungen des Korpus 21 des Spitzenträgers 3 hindurch und wirken auf den Probenträger 4. Dabei wirkt das erste Stellelement 6 direkt auf die Probenträgerplatte 24 und dient damit der Grobeinstellung, insbesondere der Grobannäherung der Probe an die Spitze 15 bzw. der Spitze 15 an die Probe. Das zweite Stellelement 7 wirkt direkt auf die Justierplatte 25 ein und damit über das erste Walzenelement 26 indirekt gleichsam wie ein Hebelarm auf die Probenträgerplatte 24. Dadurch dient das zweite Stellelement 7 der Feineinstellung, insbesondere der Feinannäherung der Probe an die Spitze 15 bzw. der Spitze 15 an die Probe.

Die Justierbewegungen der Stellelemente 6, 7 können realisiert werden durch aufeinander abgestimmte Gewinde (nicht dargestellt) in den für die Stellelemente 26, 27 bestimmten Ausnehmungen des Korpus 21 des Spitzenträgers 3 und an den Stellelementen 6, 7. Durch Drehung der Stellelemente 6, 7 um ihre Längsachse wirken diese dann auf die jeweilige Komponente des Probenträgers 4 ein und verändern damit dessen Position relativ zum Spitzenträger 3. Die Stellelemente 6, 7 können als von Hand einstellbare Elemente vorgesehen sein. Es ist aber ebenso alternativ oder additiv möglich, Schrittmotoren zur Einstellung vorzusehen (nicht dargestellt).

6a, 6b, 6c, 7, 8a und 8b zeigen verschiedene Komponenten des Spitzenelements 14 aus 3 in vergrößerter Einzeldarstellung. In den 6a, 6b und 6c ist der Spitzenhalter 16 des Spitzenelements 14 in verschiedenen Ansichten dargestellt. 6a zeigt eine dreidimensionale Ansicht. Zu erkennen ist, dass dich der Spitzenhalter 16 aus zwei Abschnitten 30, 31 mit kreisförmigem Querschnitt zusammensetzt, wobei die Spitze 15 aus dem Abschnitt 30 herausragt (in 6a nicht dargestellt, vgl. 3). Der Abschnitt 30 des Spitzenhalters 16 hat einen größeren Durchmesser als der Abschnitt 31 des Spitzenhalters 16. Weiter sind in 6a mehrere Ausnehmungen 29a, b, c, d im Spitzenhalter 16 zu erkennen. Der Spitzenhalter besteht im Wesentlichen aus Super Invar®.

6b zeigt eine seitliche Draufsicht auf den Spitzenhalter 16, 6c eine Frontalansicht auf die Seite des Spitzenhalters 16, aus der die Spitze 15 hervorsteht (nicht dargestellt). Die nicht sichtbaren Bereiche der Ausnehmungen 29a, b, c, d sind in 6b und 6c mit gestrichelten Linien dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Ausnehmung 29a durch den gesamten Spitzenhalter 16, d.h. durch beide Abschnitte 30, 31 hindurchreicht. Ferner ist die Ausnehmung 29a mit der Ausnehmung 29d verbunden. Die Ausnehmung 29b ist mit der Ausnehmung 29c verbunden. Alle Ausnehmungen 29a, b, c, d weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Ausnehmung 29a nimmt die Spitze 15 auf (nicht dargestellt), über die Ausnehmung 29d lassen sich entsprechende Befestigungsmittel zur Befestigung der Spitze 15 in der Ausnehmung 29a vorsehen. Über die Ausnehmungen 29c und 20b kann ein Anschlussdraht an die Spitze 15 herangeführt und anschließend mit der Spitze verbunden werden (nicht dargestellt).

7 zeigt die Piezoabschirmung 18 des Spitzenelements 14 aus 3. Es handelt sich um eine Scheibe, die im Wesentlichen aus Stahl besteht, mit einer Durchführung 32 in der Mitte. Im montierten Zustand des Spitzenelements 14 greift der Abschnitt 31 des Spitzenhalters 16 durch diese Durchführung 32 der Piezoabschirmung 18 hindurch.

8a und 8b zeigen den Piezohalter 19 des Spitzenelements 14 aus 3, 8a in einer dreidimensionalen Ansicht und 8b in einer Schnittdarstellung. Zu erkennen ist die bereits erwähnte Ausnehmung 33 im Piezohalter 19, die einen kreisförmigem Querschnitt aufweist. Die Ausnehmung 33 weist einen Abschnitt 34 und einen Abschnitt 35 auf, wobei der Abschnitt 34 einen größeren Durchmesser hat als der Abschnitt 35. Ferner sind Durchführungen 36a, b im Piezohalter 19 zu erkennen. Die Durchführungen 36a dienen der Durchführung von Anschlussdrähten zur Kontaktierung des Piezoelements 17, insbesondere der einzelnen Segmente des Piezoelements 17. Über die Durchführungen 36b wird der Piezohalter 19 und damit das gesamte Spitzenelement 14 einschließlich der Spitze 15 mit Schrauben am Spitzenträger 3 befestigt. Der Piezohalter besteht im wesentlichen aus Macor®.

9a und 9b zeigen zwei alternative Anordnungen des Spitzenträgers 3 auf einer Metallplatte 13a, die Bestandteil der Schwingungsdämpfung 8 ist, und zwar 9a eine Anordnung entsprechend 4 und 9b eine Anordnung entsprechend 1 bzw. 2. Zu erkennen sind jeweils als Komponenten des Spitzenträgers 3 der Korpus 21 mit der Ausnehmung 20 für das Spitzenelement 14, die L-Stütze 22 und der U-Träger 23. In 9a ist der Spitzenträger 3 stehend auf der Metallplatte 3a angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die Spitze 15 senkrecht zur flächigen Erstreckung der Metallplatte 13a orientiert (in 9a nicht dargestellt). In 9b ist der Spitzenträger liegend auf der Metallplatte 3a angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die Spitze 15 parallel zur flächigen Erstreckung des Metallplatte 13a orientiert (in 9b nicht dargestellt).

10, 11a, b, 12a, b, 13 und 14 zeigen in vergrößerter Einzeldarstellung den Spitzenträger 3 eines RSM 2 bzw. einzelne seiner Komponenten. 10 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht die Zusammensetzung des Spitzenträgers 3 aus den Komponenten Korpus 21, L-Stütze 22 und U-Träger 23. Diese Komponenten 21, 22, 23 sind miteinander verschweißt. Zu erkennen ist ferner die Ausnehmung 20 im Korpus 21 für das Spitzenelement 14.

11a und 11b zeigen die L-Stütze 22 in einer dreidimensionalen Ansicht bzw. in einer Draufsicht. Zu erkennen sind mehrere Ausnehmungen 37.

12a und 12b zeigen den U-Träger 23 in einer dreidimensionalen Ansicht bzw. in einer Draufsicht. Zu erkennen sind mehrere Ausnehmungen 38, 39. 13 zeigt ferner in dreidimensionaler Ansicht den U-Träger 23 mit an den U-Träger 23 angeschweißtem Kugelelement 28. Hier ist ersichtlich, dass das Kugelelement in der Ausnehmung 39 des U-Trägers 23 angeordnet ist.

Korpus 21, L-Stütze 22 und U-Träger 23 bestehen im Wesentlichen aus Super Invar®.

14 zeigt das bereits erwähnte Probenblech 40, mit dem eine zu untersuchende Probe auf der Probenträgerplatte 24 angebracht wird. Dargestellt ist im oberen Figurenteil eine Seitenansicht des Probenblechs 40 und im unteren Figurenteil eine Draufsicht auf das Probenblech 40. Zu erkennen ist, dass sich das Probenblech 40 aus zwei Abschnitten 41, 42 zusammensetzt, wobei Abschnitt 42 um 45° gegenüber Abschnitt 41 geneigt ist. Das Probenblech besteht im Wesentlichen aus weichmagnetischem Trafoblech.

15 und 16a, b zeigen verschiedene Komponenten des Probenhalters 4 des RSM 2 gemäß 1, 2, 4 oder 5. In 15 ist die Probenträgerplatte 24 in dreidimensionaler Ansicht dargestellt. Zu erkennen ist eine durchgehende Ausnehmung 43 in der Mitte der Probenträgerplatte 24. Die Probenträgerplatte besteht im Wesentlichen aus Stahl. Auf der Probenträgerplatte 24 wird das Probenblech 40 mit einer darauf angebrachten, zu untersuchenden Probe angeordnet (nicht dargestellt).

16a und 16b zeigen als weitere Komponente des Probenhalters 4 des RSM 2 gemäß 1, 2, 4 oder 5 die Justierplatte 25 mit daran angeschweißtem ersten Walzenelement 26 in einer dreidimensionalen Ansicht bzw. in einer seitlichen Schnittdarstellung. Justierplatte 25 und erstes Walzenelement 26 bestehen im Wesentlichen aus Super Invar®. In der Justierplatte 25 ist eine Ausnehmung 44, die durch die Justierplatte 25 hindurchgeht, zu erkennen. Diese Ausnehmung 44 dient dazu, an der dem ersten Walzenelement 26 gegenüberliegenden Seite der Justierplatte 25 das Kugelelement 28 aufzunehmen (in 16a, b nicht dargestellt, vgl. 5). Justierplatte 25 und erstes Walzenelement 26 dienen der Übertragung einer Justiereinstellung auf die Probenträgerplatte 25, wobei die Justierplatte 25 als Hebelarm und das erste Walzenelement 26 als Gelenkstange wirkt.

17a zeigen die Schwingungsdämpfung 8 des RSM 2 aus 1, 2 oder 4. Diese Schwingungsdämpfung umfasst mehrere Metallplatten 13a, b, c, d, e aus Kupfer. Auf die in 17a oberste Metallplatte 13a wird das RSM 2 montiert. In 17b ist die oberste Metallplatte 13a in Einzeldarstellung dargestellt, in 17c schematisch die Ausführungsform der weiteren Metallplatten 13b, c, d, e. Zu erkennen sind jeweils die verschiedenen Ausnehmungen, über die das RSM 2 an der obersten Metallplatte 13a befestigbar ist bzw. über die die Metallplatten 13a, b, c, d, e untereinander verbindbar sind.

18, 19, 20a, b zeigen verschiedene Gehäuseteile des RSM 2 aus 1, wobei auch jedes andere RSM derartige Gehäuseteile aufweisen kann. Dargestellt ist in 18 die Gehäusehaube 10, die im Wesentlichen aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Material, z.B. einer hochpermeablen Nickel-Eisen-Legierung, einem &mgr;-Metall, einem Mü-Metall, einem Mu-Metall oder einem MUMetall®, vorzugsweise mit einer Stärke von 1,5 mm, besteht. Diese Gehäusehaube 10 wird aufgesetzt auf die in 19 dargestellte Basisplatte 9. Auf dieser Basisplatte 9 ist die Schwingungsdämpfung 8 und über diese Schwingungsdämpfung 8 das RSM 2 angeordnet (vgl. 1). Als weiteres Gehäusebestandteil, das zwischen Basisplatte 9 und Gehäusehaube 10 angeordnet ist (vgl. 1) zeigen 20a und 20b die Leiste 11 in einer Frontalansicht bzw. einer Seitenansicht. Die Leiste 11 weist mehrere Durchführungen 12 auf. Basisplatte 9 und Leiste 11 bestehen im Wesentlichen aus Aluminium.

2 Rastersondenmikroskop RSM 3 Spitzenträger 4 Probenhalter 5 Justiervorrichtung 6 erstes Stellelement 7 zweites Stellelement 8 Schwingungsdämpfung 9 Basisplatte 10 Gehäusehaube 11 Leiste 12 Durchführung 13 Metallplatte 13a,...,e Metallplatten 14 Spitzenelement 15 Spitze 16 Spitzenhalter 17 Piezoelement, Piezoröhre 18 Piezoabschirmung 19 Piezohalter, Halterung 20 Ausnehmung des Spitzenträgers 3 / des Korpus 21 21 Korpus des Spitzenträgers 3 22 L-Stütze 23 U-Träger 24 Probenträgerplatte 25 Justierplatte 26 erstes Walzenelement 27 zweites Walzenelement 28 Kugelelement 29a,...,d Ausnehmungen im Spitzenhalter 16 30, 31 Abschnitte des Spitzenhalters 16 32 Durchführung in der Piezoabschirmung 18 33 Ausnehmung im Piezohalter 19 34, 35 Abschnitte der Ausnehmung 33 36a, b Durchführungen im Piezohalter 19 37 Ausnehmungen in der L-Stütze 22 38, 39 Ausnehmungen im U-Träger 23 40 Probenblech 41, 42 Abschnitte des Prrobenblechs 40 43 Ausnehmungen in der Probenträgerplatte 24 44 Ausnehmungen in der Justierplatte 25 45 Heiz- und/oder Kühlelement

Anspruch[de]
  1. Rastersondenmikroskop, insbesondere Rastertunnelmikroskop oder Rasterkraftmikroskop oder Optisches Nahfeldmikroskop, mit wenigstens einer Spitze (15), die mittels eines oder mehrere Piezoelemente (17) bewegbar ist, und mindestens einer Halterung (19) für mindestens eines der Piezoelemente (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (19) im Wesentlichen aus Keramik und/oder Glaskeramik besteht.
  2. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (19) im Wesentlichen aus der Keramik Schapal und/oder aus der Glaskeramik Makor® besteht.
  3. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramik und/oder der Glaskeramik Stahl, insbesondere V2A-Stahl, beigesetzt ist.
  4. Rastersondenmikroskop, insbesondere Rastertunnelmikroskop oder Rasterkraftmikroskop oder Optisches Nahfeldmikroskop, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer länglichen Spitze (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung der Spitze (15) im Wesentlichen parallel zur Schwerkraft ausgerichtet ist.
  5. Rastersondenmikroskop, insbesondere Rastertunnelmikroskop oder Rasterkraftmikroskop oder Optisches Nahfeldmikroskop, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens ein Spitzenelement (14) mit mindestens einer Spitze (15), das in oder an mindestens einem Spitzenträger (3) angeordnet ist, mindestens einen Probenhalter (4) und mindestens eine Justiervorrichtung (5), über die Spitzenträger (3) und Probenhalter (4) relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhalter (4) mit dem Spitzenträger (3) über mindestens ein Kugelelement (28), insbesondere im Wesentlichen aus Stahl, beweglich verbunden ist.
  6. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (28) fest mit dem Spitzenträger (3), insbesondere einer Trägerkomponente (23) des Spitzenträgers, verbunden, insbesondere verschweißt ist und/oder das Kugelelement (28) beweglich mit dem Probenhalter (4) verbunden ist.
  7. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (28) magnetisch an dem Probenhalter (4) angebracht, insbesondere befestigt, ist.
  8. Rastersondenmikroskop nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger (4) eine Probenträgerplatte (24), insbesondere im Wesentlichen aus Stahl, zur Aufnahme einer zu untersuchenden Probe und eine Justierplatte (25), insbesondere im Wesentlichen aus einer ausdehnungsniedrigen Legierung, vorzugsweise einer Eisen-Nickellegierung, insbesondere mit 36 % Nickel, beispielsweise Invar® oder Super-Invar®, umfasst,

    wobei die Probenträgerplatte (24) mit der Justierplatte (25) beweglich über ein erstes Walzenelement (26), das insbesondere an der Justierplatte (25) befestigt ist, verbunden ist,

    wobei die Probenträgerplatte (24) mit dem Spitzenträger (3) beweglich über ein zweites Walzenelement (27), das insbesondere am Spitzenträger (3) befestigt ist, verbunden ist, und

    wobei die Justierplatte (25) des Probenhalters (4) mit dem Spitzenträger (3) über das Kugelelement (28) beweglich verbunden ist.
  9. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Justierung der Probenträgerplatte (24) relativ zum Spitzenträger (3) ein erstes Stellelement (6), das direkt auf die Probenträgerplatte (24) einwirkt, und/oder ein zweites Stellelement (7), das indirekt über die Justierplatte (25) auf die Probenträgerplatte (24) einwirkt, vorgesehen ist.
  10. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelement (6) und/oder das zweite Stellelement (7) ein mechanisches und/oder elektrisches und/oder pneumatisches und/oder hydraulisches Stellelement umfasst bzw. umfassen.
  11. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelement (6) und/oder das zweite Stellelement (7) einen Schrittmotor umfassen.
  12. Rastersondenmikroskop, insbesondere Rastertunnelmikroskop oder Rasterkraftmikroskop oder Optisches Nahfeldmikroskop, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer Spitze (15), bei dem die Annäherung der Spitze (15) an eine Probe mittels mindestens einer Justiervorrichtung (5) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kamera vorgesehen ist, über die ein Bediener die Annäherung der Spitze (15) an die Probe beobachten kann.
  13. Rastersondenmikroskop, insbesondere Rastertunnelmikroskop oder Rasterkraftmikroskop oder Optisches Nahfeldmikroskop, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in einem Gehäuse (9, 10, 11) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (9, 10, 11) eine oder mehrere Durchführung (12) für eine oder mehrere elektrische Anschlussleitungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen zur Reduzierung von Schwingungseinkopplungen in das Mikroskop an den Durchführungen (12) angebracht, insbesondere befestigt, sind und/oder, vorzugsweise im Bereich der Durchführungen, mechanisch entkoppelt sind, insbesondere durch induktive oder optische Weitergabe von Signalen, beispielsweise durch Optokoppler.
  14. Rastersondenmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop (2) auf einer Schwingungsdämpfung (8), insbesondere umfassend mehrere Metallplatten (13), vorzugsweise Kupferplatten, aufgebaut ist.
  15. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine mit dem Mikroskop verbundene oder zu verbindende Anschlussleitung vorgesehen ist, die an wenigstens einer, vorzugsweise allen Metallplatten (13) angebracht, insbesondere befestigt ist.
  16. Rastersondenmikroskop, insbesondere Rastertunnelmikroskop oder Rasterkraftmikroskop oder Optisches Nahfeldmikroskop, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop (2) zur Reduzierung der Schwingungseinkopplung aufgehängt ist, insbesondere über eine Vier-Punkt-Aufhängung.
  17. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung des Mikroskops (2) über Federn und/oder Seilzüge erfolgt.
  18. Rastersondenmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (15) Teil eines Spitzenelements (14) ist, umfassend ein oder mehrere in Form einer Röhre angeordnete Piezoelemente (17), wobei an einer ersten Seite der Piezo-Röhre (17) die Spitze (15) und an einer der erste Seite gegenüberliegenden Seite der Piezo-Röhre (17) eine Halterung (19) angeordnet ist, und wobei die Spitze (15) über einen Spitzenhalter (16), insbesondere im Wesentlichen aus einer ausdehnungsniedrigen Legierung, vorzugsweise einer Eisen-Nickellegierung, insbesondere mit 36 % Nickel, beispielsweise Invar® oder Super-Invar®, und/oder über eine Piezoabschirmung (18), insbesondere im Wesentlichen aus Stahl, an der Piezo-Röhre (17) angebracht ist.
  19. Rastersondenmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (15) in oder an einem Spitzenträger (3) angeordnet ist, der zumindest teilweise aus einer ausdehnungsniedrigen Legierung, vorzugsweise einer Eisen-Nickellegierung, insbesondere mit 36 % Nickel, beispielsweise Invar® oder Super-Invar®, besteht.
  20. Rastersondenmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop (2) in einem Gehäuse (9, 10) umfassend eine Basisplatte (9), insbesondere aus Aluminium, und eine Haube (10), insbesondere aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Material, vorzugsweise einer hochpermeablen Nickel-Eisen-Legierung, insbesondere mit einer Stärke von 1,5 mm, angeordnet ist.
Es folgen 13 Blatt Zeichnungen






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