Multifunktionale Nanoanalytik für eine Nanopositionier- und Messmaschine

Niebelschütz, Merten

AbstractThe continuing progress in fabrication of nanoobjects necessitates a simultaneous the further development of analysis and measurement techniques, which support the quality control down to the nanoscale regime. Only the development of these analysis tools guarantees a reproducible processing, manipulating, measuring and visualizing of nanoobjects.The nanopositioning and nanomeasuring machine (NPM-Machine), developed on the basis of the Sonderforschungsbereich at the Technische Universität Ilmenau, demonstrates such an analysis tool with a measuring volume of 25 x 25 x 5 mm3This work introduces the integration of different analytic techniques into the NPM-Machine, which enables a wide range of applications of this machine. Besides development and analysis of reference structures, which ensure the calibration of the machine, measuring methods based on AFM techniques are shown.Varying nanomeasuring methods, which are mainly represented by special modes of AFM techniques, were introduced. These methods provide a basis for confirmation an analysis of the results with a focus on methods, which could be integrated into the NPM-Machine.Results of Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), Magnetic Force Microscopy (MFM), Piezoresponse Force Microscopy (PFM) and spectroscopy with AFM techniques were presented.At last the necessities of the calibration structures as well as the processing of these structures were demonstrated.

Der stetige Fortschritt der Herstellungsverfahren von Nanoobjekten benötigt eine zeitgleiche Weiterentwicklung von Mess- und Analyseverfahren, die eine Qualitätssicherung und ein ungehindertes Vorstoßen in den Nanometerbereich zulassen bzw. unterstützen. Nur mithilfe geeigneter Werkzeuge und Analysetechniken können Objekte des Nanometerbereiches hergestellt, manipuliert, vermessen und visualisiert werden.Die von der Technischen Universität Ilmenau im Rahmen eines Sonderforschungsbereichs entwickelte Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NPM-Maschine) mit einem Messvolumen von 25 × 25 × 5 mm3 stellt ein Werkzeug genau für diese Analyseaufgaben im nanoskaligen Bereich dar.In dieser Arbeit wird die Integration verschiedener Analysetechniken in die NPM-Maschine gezeigt, um ein möglichst breites Anwendungsspektrum dieser Maschine zu erreichen. Neben der Entwicklung und Analyse, der für die Positionierunsicherheit benötigten Referenzstrukturen, werden in dieser Arbeit auch Messverfahren auf AFM-Basis zur Integration in die NPM-Maschine untersucht. Verschiedenartige Nanomessverfahren, insbesondere verschiedenen Modi der AFM-Technik, die zur Bestätigung und zur Analyse der Ergebnisse benutzt wurden, werden vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf Verfahren liegt, die sich für eine Integration in die NPM-Maschine eignen. Hierbei werden verschiedene Modi der AFM-Technik vorgestellt, die dafür geeignet sind.Anhand von Beispielmessungen werden die folgenden AFM-Sondermodi vorgestellt: die Kelvinsonden-Kraftmikroskopie (KPFM), die Magnetkraftmikroskopie (MFM), die Piezoelektrische Kraftmikroskopie (PFM) und die Spektroskopie mit dem AFM.Auf die Notwendigkeit von Referenzstrukturen zur Referenzierung wird ebenso eingegangen wie auf die Herstellung solcher Strukturen.

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Niebelschütz, Merten: Multifunktionale Nanoanalytik für eine Nanopositionier- und Messmaschine. 2009.

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