Um die Mechanismen bei der Mikrostrukturierung aufklären zu können, wurde eine Quarzmikrowaage in die elektrochemische Zelle des SECM integriert. Dabei werden die Mikrostrukturen auf einem hochfrequent (10 MHz) schwingenden Quarzplättchen als Substrat erzeugt.

Massenänderungen während der Abscheidung können in-situ als Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingquarzes aufgezeichnet werden. Die lokale Massenempfindlichkeit des Quarzes ist ortsabhängig und entspricht gewöhnlich einer Gauss-Verteilung. Durch Verbesserung der Frequenzstabilität der Waage konnte die Massenempfindlichkeitsverteilung eines 10 MHz-Schwingquarzes bestimmt werden (Abb. 1). Dazu wurde an vielen verschiedenen Orten auf der aktiven Quarzoberfläche punktuell Silber im Mikometermaßstab abgeschieden und die lokale Empfindlichkeit der Waage gemessen. Im Zentrum des Quarzplättchens ist die Empfindlichkeit am höchsten; dort können Massenänderungen von bis 50 picogramm registriert werden.

Abbildung 1: Massenempfindlichkeitsverteilung auf der aktiven Elektrodenoberfläche eines 10 MHz-Quarzplättchens.

Eine Querempfindlichkeit der Waage besteht durch die Ausbildung von stehenden 10 MHz-Schallwellen im flüssigen Elektrolyten. Diese entstehen durch lokale Reflexion der vom Quarz durch Scherschwingung induzierten Schallwellen an der kleinen Stirnfläche der Ultramikroelektrode. Die Rückkopplung der stehenden Wellen auf die Quarzschwingung ist von der Position des Tips über Quarzoberfläche abhängig.

Durch Messung der Resonanzfrequenz bei vielen tausend verschiedenen Tip-Positionen konnte erstmalig eine dreidimensionale stehende 10 MHz-Schallwelle im flüssigen Elektrolyten durch das SECM abgebildet werden (Abb. 2). Die anisotrope Struktur der Welle zeigt die Quarzscherschwingung in Richtung der kristallografischen x-Achse des Quarzkristalls auf. Die Frequenzänderungen entlang dieser Achse stimmen gut mit der Theorie überein.

Abbildung 2: Dreidimensionale stehende Schallwelle in einem Elektrolyten über einem 10 MHz-Schwingquarz.