Eur. Phys. J. AP 4, 213-217 (1998)
https://doi.org/10.1051/epjap:1998262

Influence of the atmospheric humidity on the behaviour of silicon AFM probes in photon scanning tunneling microscopy^*

Laboratoire LINCS CEM2 (UMR 5507 CNRS), Université Montpellier II, Place E. Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 05, France

Corresponding author: benfedda@cem2.univ-montp2.fr

Received: 4 February 1998
Revised: 24 June 1998
Accepted: 16 July 1998
Published online: 15 November 1998

Abstract

The photon scanning tunneling microscopy (PSTM) allows to characterize the surface topography with high resolution. This microscopy exploits the exponential decay of the evanescent field achieved by the total internal reflection under the surface sample. When the distance between the sensor and the surface becomes small (~ 100 nm), the non propagating photons of the evanescent field can be converted into guided propagating mode of polaritons. A bulk Silicon probe is used in the AFM experiment as a sensor of van der Waals forces. The aim of this paper is to discuss the influence of the atmospheric humidity on the PSTM measurements. We have showed that the theoretical predictions of the dielectrical capture model (DCM) are very different from the experimental results when the humidity level is higher than a threshold value (30%). We present the results obtained with TE polarization, but the same behaviour is found with TM polarization. Although, in this paper we do not propose a theoretical model explaining the deviations between DCM values and experimental, however we found a validity threshold for our experimental results and we have emited the assumption that under high humidity level the pollution film presents on the sample surface slide during the displacement of the probe.

Résumé

La microscopie optique à effet tunnel (PSTM) est un outil de caractérisation de surface à haute résolution. Ce microscope exploite la décroissance du champ évanescent créé sur la surface de l'échantillon. Quand la distance entre le capteur et la surface est de quelques dizaines de nanomètres, les ondes évanescentes créées sur la surface sont converties en ondes propagatives et détectées en champ lointain. Le capteur est une sonde en silicium utilisée en microscopie à force atomique. Cet article montre l'influence des conditions atmosphériques sur les mesures PSTM. Il montre qu'au-delà d'un certain taux d'humidité (30 %), les mesures ne sont plus valables et ne suivent plus les prédictions du modèle de capture diélectrique (DCM). Bien que nous ne proposions pas d'interprétation théorique à ces altérations, nous émettons l'hypothèse que cela est dû aux mouvements des molécules du film présent sur la surface de l'échantillon. De même, nous établissons un seuil de validité aux mesures optiques.