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1
1Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 1
Rastermethoden
Klaus Meerholz
WS 2015/16
2Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 2
Zeitplan
• 16.12.15 Raster 1 (etwas länger)
• 17.12.15 Raster 2 (1 Stunde)
• Übungen Raster (T. Limböck)
• 7.1.16 E-Chemie 1
• 12.1.16 Übungen E-Chemie (R. Alle)
• 13.1.16 E-Chemie 2
2
3Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 3
Rastermethoden / Bildgebende Verfahren
Sequentielle Datenerfassung:
„Rastern“„Scannen“
Parallele Datenerfassung:
„Abbilden“
4Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 4
Auflösung
• Laterale Auflösung bestimmt durch– Stützstellenabstand,
Scanschrittgröße (x, y)– xy-Ausdehnung des Meßpunktes, „Spotgröße“
(Durchmesser d, Radius r)– Über die xy-Ausdehnung des Meßpunktes
wird der Wert „gemittelt“.
• Axiale Auflösung (z)– Über die z-Ausdehnung des Spots wird der Wert
„gemittelt“.
y
x
3
5Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 5
Scannen vs. Rastern
Scannen• Kontinuierlich,
Vorschubgeschwindigkeit v• Mittelwertbildung
im Intervall v * t
• .
Rastern• diskrete Schritte
x x
x, v*t
v*t
Relativ langsamScannenx > v*t
Relativ schnell
Scannenx = v*t
DiskreteWerte
Quasi-diskreteWerte
Mittel-werte
6Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 6
Raster
y
xd << x, y
Schrittweite
Spotgröße
OK
4
7Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 7
„Reinzoomen“
y
xd < x, y
Verringern der Schrittweite bei gleicher Spotgröße
OK
8Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 8
„Reinzoomen“
y
xd x, y
Verringern der Schrittweite bei gleicher Spotgröße
OK
5
9Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 9
„Reinzoomen“
y
xd > x, y
Verringern der Schrittweite bei gleicher Spotgröße
Grenz-wertig
10Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 10
„Reinzoomen“
d >> x, y
Irre-führend
Verringern der Schrittweite bei gleicher Spotgröße
6
11Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 11
Analyse einer „Störstelle“
20 x 20
5 x 5
2 x 2
1 x 1
12Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 12
Komplikationen
Probe ändert sich zeitlich
• reversibel(z.B. durch Abtastverfahren selbst / Aufheizen) Random scan mit ausreichend Zeit zum Abklingen der Störung).
• Irreversibel schnell sein
7
13Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 13
Kombinierte Methoden: EDX & SEM
14Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 14
Auflösungs/Flächen Kompromiss
Zu untersuchende Fläche
Orts-auflösung
Größen-skala
nm2 µm2 mm2 m2
m2
mm2
µm2
nm2
AFM
Opt. Mikroskopie
Zwiebel 400fach
8
15Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 15
Rastermethoden / Bildgebende Verfahren
Lokale Information über
I. Topographie
II. Optische Eigenschaften
III. Elektrische & elektronische Eigenschaften
IV. Chemische Zusammensetzung
V. Morphologie
……… Etc.
16Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 16
Rastermethoden / Bildgebende Verfahren
Lokale Information über
I. Topographie
II. Optische Eigenschaften
III. Elektrische & elektronische Eigenschaften
IV. Chemische Zusammensetzung
V. Morphologie
……… Etc.
9
17Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 17
I. Topographie
Mechanisch (im Kontakt) • Profilometer• Atomic Force Microscopy (AFM)
Optisch (berührungslos)• Interferometrie• Chromatischer Sensor• Elektronenmikroskopie
18Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 18
Profilometer
10
19Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 19
Glas
HTL
Profilometer
HTL
Lochleiter
Kante des Metalls
Kratzer bis auf das Glas
800 µm
300 nm
Metall
20Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 20
Profilometer: Auflösungsgrenze
Silicium-Gitter zur AFM-KalibrierungWahre Gittertiefe: 104,5 nmDurch zu dicke Spitze gemessene Tiefe: ca. 30 nm
800 µm
200 nm
104,5 nmDektak Spitze
SEM Image
11
21Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 21
AFMAtomic Force Microscopy
22Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 22
AFM - Aufbau
Messaufbau
Cantilever: AFM Spitzen• Lateral: ca.100nm (Tip-abhängig)
• Axial: ca.1nm
12
23Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 23
Messaufbau
AFM - Aufbau
Tisch/Scanner: Piezo-Keramik
Blei–Zirkonium-Titan Verbindungen
• Lateral: ca.100nm – 120µm
• Tiefe: ca.1nm – 1µm
24Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 24
AFM - Messprinzip
Messung der Tastenspitzen-Auslenkung
X,Y
ZPhotodiode,Gitter
Feedback Electronics
Feedback Loop
Feedback Loop
Input Signal
Cantilever deflection
Output Signal
Adjusts Z position
Laser
Wechselwirkungspotential U:
R Kugelradius, A Hamakerkonstante
13
25Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 25
AFM –Modes
Mode
Contact Modes
Contact (Topography)
Lateral Force (Friction)
Lithography (engraving)
Scanning Thermal
Vibrating Modes
Tapping (Topography)
Magnetic Force
Electric Force
Kelvin Probe
Electrochemistry
Contact mode Vibrating mode
Non-contact
Contact
26Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 26
AFM: Tapping mode
Topographie SignalPhasen Signal
(sensitiv auf “Härte” des Materials)
10µm 10µm
Beispiel: Chrom auf oxidiertem Si-Wafer (zur Eichung des AFM)
Sprung des Signals an allen Kanten (Artefact)“Bananenschalen”: Morphologie des SiO2
Hexadezimale Kodierung des OrtesStufenhöhe ca. 100 nm
14
27Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 27
AFM: Contact-Force mode
Van-der-Waals Kräfte
- Repulsion- Attraktion
Sample
Hook’s Law: F = -k Z
Kratfkonstante (Cantilever)
Abstand
28Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 28
AFM: Einzelmolekül-Kraftspektroskopie
Abstand
Kraft -Abstandskurve
Reversible unfolding of immunoglobulin domains
- Entfaltungskinetik
- Van der Waals Wechselwirkungen
- Bindungsstärken
15
29Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 29
AFM in Organic Solar Cells
30Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 30
Spin-coating is non-equilibrium deposition(kinetic control)
• P3HT:PCBM in good solvent (Ref)
How to Control the Morphology?
Berson et al., Adv. Funct. Mat. 17, 1377 (2007).
Pre-form particles from P3HT(same batch P3HT; 40%wt PCBM)
• P3HT nanoparticles (NP)• P3HT nanofibers (NF)
16
31Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 31
Film cast from P3HT-NP Dispersion
50 nmMoule & Meerholz,Adv. Mat. 20, 240 (2008)
32Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 32
Tapping Mode AFM (as cast)
Ref(chlorobenzene)
NP(Cl-benzene:nitrobenzene)
NF(xylene, 2 days)
topography phase(same color code)
3 nm RMS(100 1.5 nm)
80 nm RMS(100 40 nm)
12 nm RMS(100 6 nm)
small grains
larger grains
fibers (bundels)( 150 nm diam.)
No correlation between
topography and phase
Blue => PCBM-richRed => P3HT-rich
17
33Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 33
Kelvin ProbeAFM
34Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 34
Kelvin Probe: Prinzip
Zeitlich variierender Kapazitätsstrom
Gold
Probe+
1. 2. 3.
Vol
ts
time
18
35Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 35
AFM: Kelvin Probe mode
Topographie Surface-Potential
Worc function mapping: ITO on glass (left), PEDOT on glass (right)
CourtesyOSRAM
= 50 meV = 20 meV
36Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 36
Zusammenfassung AFM
• Nichtleitende und leitende Materialen
• Depth-Resolution (z) 1 nm
• Anwendungen je nach Modus, Großtechnisch: DVD & Wafer Qualitätskontrolle
• Störungen:
– Vibration, Schall
– Statische Aufladungen
– thermische Drift
19
37Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 37
STMScanning Tunneling Microscopy
38Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 38
STM - Aufbau
Schematischer Aufbau
• Lateral: 0.1 nm
• Axial: 0.01 nm
Tip: Pt-Ir Legierung (90:10) Wolfram, Gold
Es gibt immer ein Atom, das „am
nächsten dran ist“ (sub) atomare
Auflösung
20
39Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 39
STM Messprinzip: Tunnelstrom
2
022
2
20
016
EVam
eV
EVET
Transmissionskoeffizient T:
EF
EF
Probe
i
d
E
eU
Spitze
Tunneleffekt Tunnelvorgang zwischen Probe und Spitze
40Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 40
STM Modi
2. Constant current1. Constant Height
21
41Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 41
STM Anwendungen
Application
Scanning Tunneling Microscope (STM)
Topography
Spectroscopy
Lithography
Electro-Chemistry
42Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 42
STM: Imaging Graphite
2,87 nm 1,43 nm
22
43Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 43
Beispiele aus dem Praktikum: Gold
Blankes Gold
Mit Thiol-Schicht
44Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 44
Beispiele aus dem Praktikum: Graphit
„gut“
„mittelprächtig“
23
45Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 45
Beispiele aus dem Praktikum: Graphit
„gut“ „mittelprächtig“
„sehr gut“
46Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 46
STM: “Spektroskopie”
Cyrus et al., Science 312, 1021 (2006)
Mn island @ Cu(100) Building a chain of Mn atoms
24
47Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 47
ST “Spektroskopie” (STS)
Cyrus et al., Science 312, 1021 (2006)
48Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 48
25
49Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 49
Zusammenfassung STM
• Nur (halb-) leitfähige Materialen
• Elektronische Oberflächenstruktur entspricht nicht immer der Topographie
• ST Spectroscopy (STS)
• „Objektmanipulation“ auf atomarer/molekularer Ebene
50Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 50
I. Topographie
Mechanisch (im Kontakt) • Profilometer• Atomic Force Microscopy (AFM)• Scanning Tunneling Microscopy (STM)
Optisch (berührungslos)• Chromatischer Sensor• Elektronenmikroskopie
26
51Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 51
Chromatischer SensorCM
52Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 52
Chromatischer Weißlichtsensor
Reflexion und Brechung
)sin(n)sin(n 21 Gesetz von Snellius
Reflexionswinkel = EinfallswinkelReflexionsgesetz
n2
n1
r, R
t, T
27
53Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 53
Chromatischer Weißlichtsensor
Reflexion und Brechung
Reflexion: Auseinanderlaufen Reflexion: Fokussierung
Transmission: Fokussierung Transmission: Auseinanderlaufen
54Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 54
Chromatischer Weißlichtsensor
Dispersion = Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahl
400 500 600 700 800
1.50
1.55
1.60
1.65
1.70
1.75
1.80
1.85
1.90
1.95
2.00
nC
ndn
F
SF6 N-BK7
Bre
chza
hl
Wellenlänge /nm
Abbe-Zahl:
CF
d
nn
1n
F: 486,13 nmd: 587,56 nmC: 656,27 nm
28
55Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 55
Chromatischer Weißlichtsensor
roter Fokusblauer Fokus
Weißlicht
Linse
auszuwertende Spektren
400nm 540 nm 680 nmblau grün rot
Messobjekt mit Stufe
Chromatische Aberration
56Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 56
Chromatische Abstandsmessung
1. Weißes Licht wird durch optische Faser und Linse auf zu untersuchende Fläche fokussiert; dabei liegt der „blaue“ Fokus über dem „roten“ Fokus (wegen Dispersion des Brechungsindex der Linse).
2. Das Licht wird von der Oberfläche reflektiert und wieder von der Faser „aufgesammelt“ (konfokale Anordnung).
3. Die Wellenlänge, deren Fokus in der Ebene der Oberfläche liegt, wird bevorzugt „aufgesammelt“4. Aus dieser Wellenlänge lässt sich bei bekannter „Länge“ (blau – rot) des Fokus auf die Topographie
der Oberfläche zurückschließen.
29
57Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 57
Chromatischer Weißlichtsensor
Prinzip chromatischer Sensor
Faserkoppler
Linsen frei von chrom. Aberration
Messobjekt 400nm 540nm 680 nmblau grün rot
Asphärische Linse mit starker chrom. Aberration
Weißlichtquelle(Halogenlampe)
Spektrograph
CCD-Zeile
Beugungsgitter
Separater, kleiner, leichter, rein passiver Messkopf
z
58Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 58
EletronenmikroskopieSEM
30
59Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 59
Microscopes: SEM, TEM, optical
Electron Source
Eye
OpticalMicroscope
Scanning Electron Microscope (SEM)
Transmission Electron Microscope (TEM)
Light Source
Condenser
Sample
Objective System
Ocular
60Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 60
Electronbeam-Sample Interaction
KL
M
abgelenktes Primärelektron(BSE) (hohe Energie)
Primärstrahlinelastische Streuung
charakteristische Röntgenstrahlung
entferntes Elektron (SE)(niedrige Energie)
elastische Streuung
kontinuierliche Röntgenstrahlung(Bremsstrahlung)
Augerelektron
31
61Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 61
Interaction Beam/Sample
secondary electrons from variuos origins
SE
backscattered beam electrons
Auger electrons
BSE
AE
X-rays XR
visible light (cathodoluminescence)
CL
62Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 62
Electron Scattering in SEM
Parameters influencing depth and width of the bulb:
acceleration voltage, density and atomic number
Multiple scattering processes
32
63Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 63
Behaviour of the Excitation Bulb
increasing acceleration voltage
increasing atomic number
64Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 64
Comparison of SE and BSE
SE
generated by inelastic interaction of beam electrons with sample
BSE
generated by inelastic interaction of beam electrons with sample
low energies higher energies
originating from close to the surfaceoriginating from the bulk material of
the sample
morphology, surface compositional / material contrast
SE BSE
E
N
AE
50 eV 2 keV E = eU
33
65Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 65
Topography Imaging
66Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 66
EDX in SEM
X-rays are generated by interaction between beam and sample in SEM
In combination with other interaction products (SE, BSE) simultaneous
morphological and elemental imaging is possible
Mapping
34
67Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 67
Elemental Mapping with EDX
5 µm
Ba
Pb
Sb
EDX mapping of the barium (Ba), lead (Pb) and antimony (Sb) phases on a cross-
sectioned gunshot residue (GSR) particle
FEI GmbH
68Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 68
Cross-Section Techniques
(Ultra)Microtome
Mechanical Polishing Freeze Fracture
Ar-Ion Polishing(Cross-Section Polisher)
FIB(Focused Ion Beam)
35
69Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 69
Cross-Sections by Ar-Ion Cutting
ant’s antenna
JEOL
70Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 70
Preparation of Cross-Sections
Problem: Reproducible Preparation of Comparable Sample Views
Cross Sections of a Multi Layer OLED: Glass, ITO, PEDOT, HT, Emitter, Ag
36
71Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 71
Cross-Sections by Ar-Ion Cutting
cross section
shield plate
sample
Ar ion beam
Ar-ion beam is perpendicular to sample surface
sample is rocked during etching to minimize the effect of different etching rates
shield
sample
72Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 72
Cross-Sections by Ar-Ion Cutting
Cross Section of Multi Layer OLED: Glass, ITO, PEDOT, HT, Emitter, Ag
Ar-ion current too high
Fractured glass
Ar-ion cut
organic layers
glass
1,7 mm
corrected cutting conditionslines due to different etching rates Further reduction by rotating holder
37
73Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 73
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
Beams Coincidence Point
Liquid Ga-doped filament
• powerful method for precise cuts under SEM observation
• not suitable for preparation of large area cuts• very expensive
Carl Zeiss NTS GmbH
74Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 74
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
Carbon Fiber
Polymer matrix
FEI GmbH
Carbon Fibre in Polymer Matrix
38
75Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 75
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
TEM Sample Preparation
Carl Zeiss NTS GmbH
76Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 76
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
TEM Sample Preparation
Carl Zeiss NTS GmbH
39
77Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 77
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
TEM Sample Preparation
Carl Zeiss NTS GmbH
78Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 78
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
TEM Sample Preparation
Carl Zeiss NTS GmbH
40
79Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 79
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
TEM Sample Preparation
Carl Zeiss NTS GmbH
80Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 80
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
TEM Sample Preparation
Carl Zeiss NTS GmbH
41
81Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 81
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
TEM Sample Preparation
After rough milling the tip of the micromanipulator is welded to the lamella by using metal deposition. Carl Zeiss NTS GmbH
82Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 82
Cross-Sections by Focused Ion Beam (FIB)
TEM Sample Preparation
The sample is cut out and lifted out of the substrateCarl Zeiss NTS GmbH
42
83Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 83
Rastermethoden / Bildgebende Verfahren
Lokale Information über
I. Topographie
II. Optische Eigenschaften
III. Elektrische & elektronische Eigenschaften
IV. Chemische Zusammensetzung
V. Morphologie
……… Etc.
84Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 84
Messung mit Fremdlicht• (traditionelle) Mikroskopie (Durchlicht, Auflicht)• UV/Vis-Spektroskopie• IR- & Raman-Spektroskopie• Ellipsometrie
Detektion der Photolumineszenz• „normale“ Fluoreszenzmikroskopie (parallel)• konfokale Fluoreszenzmikroskopie (rastern)• Nahfeld-Mikroskopie (SNOM)• Stimulated Emission Depletion (STED)
II. Optische Eigenschaften
43
85Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 85
Messung mit
• „Durchlicht“, Transmission (T) Mittelwert für durchstrahltes Volumen
• „Auflicht“, Reflektion (R) Oberflächensensitiv
• „Fluoreszenzanregung“ – Anregung durch Lampen etc.– Laseranregung (Fokussierung möglich)
• Berücksichtigung der Polarisation des Lichtes
II. Optische Methoden
86Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 86
Lichtmikroskopie
Kontrast durch• Unterschiede der Transmission („Durchlicht“)• Unterschiede der Reflektion („Auflicht“)• Kombination davon
44
87Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 87
Fluoreszenzmikroskopie
Endothelzellen unter dem Fluoreszenzmikroskop. Die einzelnen Bestandteile wurden
mit sog. Flureszenzmarkern “gelabelt”:
Mikrotubuli grün, Aktinfilamente rot
DNA in den Zellkernen blau.
88Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 88
Konfokale Fluoreszenzmikroskopie
Messprinzip:
- Licht wird fokusiert und zurück reflektiert - Lochblende vor dem Detektor blendet unscharfe Reflexe aus- Rastertechnik- Auflösung lateral (x,y): beugungslimitiert /2- Auflösung axial (z): ca. 500 nm
45
89Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 89
Nahfeld-Mikroskop
- Hohe lokale Lichtintensitäten- Lokale Raman und Fluoreszenz Spektroskopie
- Auflösungslimit (x,y) ~ 50 nm
Sample
Distance below of light ~ 10 nm
D. W. Pohl, W. Denk, M. Lanz Appl. Phys. Lett. 1984, 44, 651
Scanning Near Field Optical Microscope (SNOM)
90Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 90
STED (Fernfeld-Methode)
STED = Stimulated Emission Depletion
S.W. Hell, Göttingen
46
91Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 91
STED
92Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 92
STED
47
93Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 93
Vergleich Konfokale Mikroskopie / STED
AngefärbtePoren
E-beamLithography
94Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 94
Vergleich Konfokale Mikroskopie / STED
48
95Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 95
Kombinierte Methoden
96Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 96
Electronbeam-Sample Interaction
KL
M
abgelenktes Primärelektron(BSE) (hohe Energie)
Primärstrahlinelastische Streuung
charakteristische Röntgenstrahlung
entferntes Elektron (SE)(niedrige Energie)
elastische Streuung
kontinuierliche Röntgenstrahlung(Bremsstrahlung)
Augerelektron
49
97Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 97
Kombinierte Methoden: EDX & SEM
98Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 98
Rastermethoden / Bildgebende Verfahren
Lokale Information über
I. Topographie
II. Optische Eigenschaften
III. Elektrische & elektronische Eigenschaften
IV. Chemische Zusammensetzung
V. Morphologie
……… Etc.
50
99Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 99
LPCMLocal Photocurrent Mapping
100Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 100
Local Photocurrent Mapping (LPCM)
Glass
ITO (Anode)
Active Layer
Metal (Cathode)
LaserFocusing
Optics
PositioningMirrors (X/Y)
V I Gold Pins
Measurement ElectronicsSet Voltage & Measure Current
Sample must show aphotovoltaic effect
51
101Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 101
Photovoltaic measurements
IncreasingIntensity
102Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 102
LPCM
current map voltage map
52
103Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 103
Data Evaluation: Histograms
4000
4000
2600
2600
no device
devicevoltage map
current map
104Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 104
Data Evaluation: Histograms
no device
device
53
105Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 105
Feature Classification
Evaporation sources
Shadow mask
Al only
LiF only
106Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 106
Rastermethoden / Bildgebende Verfahren
Lokale Information über
I. Topographie
II. Optische Eigenschaften
III. Elektrische & elektronische Eigenschaften
IV. Chemische Zusammensetzung
V. Morphologie
……… Etc.
54
107Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 107
IV. Chemische Zusammensetzung
„Schonend“• Elemente: Röntgenbeugung (EDX)• Leitfähigkeit (STM)• Elastizitätsmodul (AFM, Phase)• Austrittsarbeit, HOMO-Niveau (Kelvin Probe)
„Destruktiv“• Ablation mit anschließender chem. Analyse
(HPLC, MS)
108Klaus Meerholz, Rastermethoden 1 108
V. Morphologie
Es bilden sich Domainen aus, die sich durch folgende Parameter unterschieden können:
• Härte (AFM Phase, Ultraschall)• Fluoreszenz (PL, SNOM, FLIM)• Leitfähigkeit (AFM, STM)• Photoleitfähigkeit (LPCM)• Elementverteilung (EDX)• Elektronenstreuung (TEM, SEM/cross section)
• Oberfläche (Dectac, AFM)
55
Thank You !!