Kurzfassung
Im ersten Kapitel werden der statische und der dynamische Modus der
Rasterkraftmikroskopie insbesondere mit Hinblick auf die
Wechselwirkungen, die für die Abbildung auf atomarer Skala eine Rolle
spielen, behandelt. Das zweite Kapitel beschreibt das im Rahmen dieser Arbeit
aufgebaute Ultrahochvakuum-Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskop
bestehend aus Mikroskop, UHV-Kammer und Kryostat. Ausführlich wird auf die
externe Schwingungsdämpfung, das Design des Mikroskopkörpers, den Aufbau
des faseroptischen Interferometers, den Sensor- und Probenwechsel, den
Transfermechanismus für das Mikroskop vom Raumtemperaturbereich in den
Kryostaten und die Realisierung der thermischen Ankopplung des Mikroskops
an das Kältemittel eingegangen.
In den beiden folgenden Kapiteln werden Messungen mit dem Mikroskop auf
LiF(001) und InAs(110) vorgestellt. Der Vergleich zwischen Messungen
auf LiF(001) im statischen Modus und Simulationsrechnungen zeigen den
dominierenden Einfluß von Lateralkräften auf das Interferometersignal und
die Abbildung auf atomarer Skala. Die Spitze springt während der
gleichförmigen Rasterbewegung von Potentialminimum zu Potentialminimum,
tastet also nur einen kleinen Teil der Probenoberfläche tatsächlich ab.
Mit der dynamischen Rasterkraftmikroskopie können auf n- und p-InAs(110)
sowohl die atomare Struktur der Oberfläche, einschließlich der
gleichzeitigen Abbildung des As- und In-Untergitters, als auch einzelne
Punktdefekte (Fehlstellen und Dotieratome) abgebildet werden. Ein
beobachteter Punktdefekt weist eine abstandsabhängige Kontrastinversion
auf. Außerdem wird die Abstandsabhängigkeit der atomaren Korrugationen
und der lokalen Spitze-Probe-Wechselwirkung untersucht. Die Messungen bei
tiefen Temperaturen und die dadurch sehr stabilen Abbildungsbedingungen
demonstrieren das Auflösungsvermögen des Mikroskops.
: The first chapter treats the theorie of static and dynamic scanning force microscopy and relevant tip-sample interactions on the atomic scale. Chapter two explains the concept of the UHV low temperature scanning force microscope which has been set up and deals with external damping, microscope body, fiberoptical interferometer, tip and sample exchange, vertical transfer into the cryostat and thermal coupling between microscope and cryogen. The last two chapters are dedicated to experimental results obtained with the microscope on LiF(001) and InAs(110). Lateral forces and their influence on the interferometer signal and atomic scale imaging in the static mode of operation are investigated and compared with a theoretical model on LiF(001). The result shows that the tip jumps between the potential minima and probes only part of the surface. Atomic resolution and simultaneous imaging of the As and In sublattice in dynamic scanning force microscopy is possible on InAs(110). Point defects (vacancies and dopant atoms) and their appearence in atomically resolved images on p- and n-doped crystals are discussed and a distance dependent contrast inversion of a point defect is observed. Finally, distance dependence of the atomic corrugation amplitudes and the local distance dependence of the tip sample interaction are investigated. Measurements under stable conditions at low temperatures demonstrate the high resolution of the microscope.