Projektdaten

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Grundlagen für die Realisierung von Pico-AFM-Lagedetektoren höchster Präzision für die Nanometrologie und Nanofabrikation

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Rastersondenmikroskope haben sich in verschiedensten Bereichen der Forschung und Entwicklung, aber auch in der industriellen Anwendung einen festen Platz in der hochauflösenden Visualisierung von kleinsten Objekten erobert. Um den technischen und fertigungstechnischen Herausforderungen, insbesondere der Nanometrologie und der sich enorm entwickelnden (AFM-spitzenbasierten) Nanofabrikation, der nächsten Jahre Rechnung tragen zu können, besteht die Notwendigkeit der Weiterentwicklung der Rastersondenmikroskopie bis in den Pikometerbereich. Die Anforderungen der auf lokalen Wechselwirkungen zwischen AFM-Spitze und Objekt beruhenden Nanostrukturierung sind deshalb so zwingend, da sich jede statische und dynamische Messabweichung als Fehler in der produzierten Struktur äußert. Für geometrisch exakte Messungen im Nano- und Sub-Nanometerbereich wurden sogenannte "metrologische Rasterkraftmikroskope" (AFM) entwickelt. Diese zeichnen sich in der Regel durch hochgenaue Scanner, sehr oft auf Basis von laserinterferometrischen Messsystemen, aus. Die messtechnische Leistungsfähigkeit der AFM wird aber in gleichem Maße auch von den Lagedetektoren zur Messung der Auslenkung des Cantilevers bestimmt. Hier besteht ein Forschungsdefizit an neuen, hochauflösenden, hochgenauen, (rückführbaren) Cantilever-Lagedetektoren. Viele heute eingesetzter Lagedetektoren sind offenbar nicht ausreichend wissenschaftlich untersucht. Eine Reihe physikalischer Effekte sind nicht hinreichend bekannt oder berücksichtigt. Es gibt nahezu keine systematischen Untersuchungen nach neuen hochauflösenden, z.B. Nahfeld-, Messeffekten und daraus abgeleiteten Verfahren zur Cantilever-Detektion. Die Forschungsarbeiten zielen darauf ab, die AFM-Lagedetektoren zielgerichtet weiter zu entwickeln. Der methodische Ansatz besteht dabei darin, durch umfassende physikalisch- messtechnische Modellbildung bekannter, ebenso neuer, bzw. bisher wenig beachteter Lagedetektionsverfahren, deren wesentlichen physikalischen Einflussgrößen und Wechselwirkungen zu ermitteln und zu analysieren. Auf dieser Basis soll ein parametrischer Vergleich die Möglichkeiten und Grenzen der einzelnen Verfahren aufzeigen, um so zu einem neuen, höheren Niveau der Lagedetektion im Pikometerbereich vorzustoßen. Die umfassende theoretische, modellbasierte Analyse soll durch eine systematische experimentell-messtechnische Untersuchung auf einer gemeinsamen, hochpräzisen Basis, der an der TU Ilmenau entwickelten Nanopositionier- und Nanomessmaschine, ergänzt werden. Hierdurch wird eine hohe Vergleichbarkeit unterschiedlicher Cantilever-Messverfahren und -Messsysteme ermöglicht. Die Ergebnisse der theoretischen und experimentellen Arbeiten sollen in einem neuen Piko-AFM-Lagedetektor, umgesetzt und umfassend wissenschaftlich untersucht werden, der höchsten messtechnischen Anforderungen gerecht wird.