Microscopie à force atomique

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1 Microscopie à force atomique
T. Frangne, C. Cornet, A. Létoublon, J. Lapeyre (2009) Université Européenne de Bretagne, FOTON-INSA, 20, av. des Buttes de Coësmes RENNES cedex Principe général de la microscopie à force atomique Schéma général : Influence de la pointe : Laser Photodiodes Effets de pointe : Boucle d’asservissement Ecran Piézoélectrique (Mode tapping) Pointe neuve Pointe usée Microlevier (Cantilever) Grandeurs mesurables : (aller-retour) Mode contact : Mode tapping : Hauteur Hauteur Signal de déflection -Amplitude de tapping Signal latéral -Phase de tapping -TM déflection Paramètres d’acquisition : Echantillonage Vitesse de balayage Surface de balayage Rotation Translation en X Translation en Y Nanopointe z a) effet lié à la convolution pointe-surface b) poussière collée à la pointe c) extrémité de la pointe brisée ("doublement" de l'image) x Echantillon y Pointes observées au MEB Piézoélectrique (Déplacement de l’échantillon selon les trois directions de l’espace) Régulation PID Variation de la force selon la distance pointe-surface Force Microlevier et sa pointe observés au MEB 50 µm Mode Contact Force répulsive Mode Tapping Nettoyage de pointe sur un défaut à la surface de GaP déposé sur silicium Effets de pointe observés sur des boites quantiques InP/GaP Force attractive Distance pointe-surface Mode contact Comparaison mode contact/ mode tapping Photodiodes Laser Vmesuré Déflection mesurée Vsetpoint Déflection de référence Levier Air libre Vair Analyse des images AFM obtenues sur des boites quantiques InAs/Q1.18/InP par traitement de Fourier 2D-FFT et auto-corrélation ΔV = Vsetpoint - Vmesuré Microlevier PID : régulation sur z pour avoir ΔV = 0 x y z Caractéristiques des pointes de type contact : Longueur de pointe : µm – 20µm Erreur relative sur la pointe : <10nm Distance pointe-extrémité du microlevier : µm Angle de face : ° ± 2° Angle arrière : ° ± 2° Angle de côté : ,5° ± 2° Constante de raideur : ,9N.m-1 Echantillon 0 µm 0,5 µm 0 µm 0,5 µm Piézoélectrique a) Echantillon S678 : 20nm Gap/Si observé en mode contact b) Echantillon S678 : 20nm Gap/Si observé en mode tapping Mode tapping Photodiodes t A AL : Amplitude libre (free targeted signal) AT : Amplitude de travail (setpoint) A : Amplitude mesurée Laser Amplitude libre AL (air libre) Amplitude de travail AT (setpoint) Amplitude mesurée A ρ = AT/A Echantillon 4135 : Boites quantiques InP/GaP : forte inhomogénéité et présence d’une couche de mouillage morcelée A0 : drive amplitude ν0 : resonance frequency φ0 : phase 0 µm 0,1 µm 0 µm 0,1 µm a) Echantillon G : Boites quantiques InAs/InP (001) observées en mode contact b) Echantillon G : Boites quantiques InAs/InP (001) observées en mode tapping Input gain (x10, x20 …) Microlevier Nanopointe Caractéristiques des pointes de type tapping : Longueur de pointe : µm – 20µm Erreur relative sur la pointe : <10nm Distance pointe-extrémité du microlevier : µm Angle de face : ° ± 2° Angle arrière : ° ± 2° Angle de côté : ,5° ± 2,5° Constante de raideur : N.m-1 Fréquence de résonance : kHz PID : régulation en z pour que ρ = 1 Echantillon Conclusion : - Meilleure résolution obtenue en mode tapping - Réglages haute résolution plus difficiles et moins R reproductibles A z x y Piézoélectrique