Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. - In: Metrologie in der Mikro- und Nanotechnik, (2003), S. 127-136
Standing wave interferometer for length measurements. - In: Proceedings, (2003), S. 387-390
Standing-wave interferometer based on partially transparent photodiodes. - In: Optical measurement systems for industrial inspection III, (2003), S. 218-226
Standing wave detection by thin transparent nip diodes of amorphous silicon. - In: Thin solid films, ISSN 1879-2731, Bd. 427 (2003), 1/2, S. 152-156
http://dx.doi.org/10.1016/S0040-6090(02)01206-3
An optical standing-wave interferometer for displacement measurements. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 14 (2003), 3, S. 311-316
http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/14/3/309
Miniature interferometers for applications in microtechnology and nanotechnology. - In: Recent developments in traceable dimensional measurements II, (2003), S. 185-192
Übersichtsvortrag zum Sonderforschungsbereich 622 Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. - In: Wissenschaftliches Kolloquium, (2003), S. 3-8
Nanomess- und Positioniertechnik. - In: Wissenschaftliches Kolloquium, (2003), S. 9-15
Development of a traceable atomic force microscope with interferometer and compensation flexure stage, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 122 S., 19,5 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
Parallel als Druckausg. erschienen
Rastersondenmikroskope, zu denen unter anderem Rastertunnelmikroskope (STM) und Rasterkraftmikroskope (AFM) gezahlt werden, werden an vielen Stellen in der Material- und Oberflachenforschung, der Halbleitertechnologie sowie der Biotechnologie angewendet. Sie sind zudem denkbare Werkzeuge der Nanotechnologien, so beispielsweise der Nanolithographie. Zudem konnen sie der Manipulation von Atomen und zur Nanometrologie dienen. Kommerzielle AFM bestehen unter anderem aus einem Laser, Photoempfanger, Regler, Piezoantriebssystem sowie einem Tastsystem. Dabei kommt den Piezoelementen des Antriebssystems besondere Bedeutung zu. Die von Piezoelementen bekannten Nachteile, wie Nichtlinearitat, Hysterese, Alterung, thermische Drift, Kriechen und Ubersprechen, konnen durchaus 20% der Messabweichungen bei Vorwartssteuerung verursachen. Daher sollten AFM, Metrologiestandards entsprechend, zur Reduzierung der Mesunsicherheit regelmasig ruckfuhrbar kalibriert werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Entwicklung eines ruckfuhrbaren Rasterkraftmikroskops (Traceable Atomic Force Microscope, TAFM) zum Einsatz als staatliches Normal zur ruckfuhrbaren Vermessung von Normalen im Nanometer-Bereich fur die taiwanesische Industrie. Das TAFM wurde als Kombination eines kommerziellen AFM, zwei Laserinterferometern, einer aktiv geregelten dreiachsigen Prazisionsfuhrung, einem Metrologierahmen aus Super-Invar, einer Schwingungsdampfung sowie einer temperaturgeregelten Umhausung konzipiert und aufgebaut. Zur Reduzierung des Abbe-Offsets wurden die Interferometer derart angeordnet, dass sich ihre virtuell verlangerten Messstrahlen im Antastpunkt des Cantilevers und damit direkt auf der Probenoberflache im Messpunkt schneiden. Eine einwandfreie Referenzbewegung des Systems wurde durch die eingesetzten Prazisionsfuhrungen sichergestellt, wahrend die direkte Ruckfuhrbarkeit auf die Definition der Langeneinheit ?Meter" durch den Einsatz von zwei Laser-Interferometern erreicht wurde. Die ermittelte erweiterte Messunsicherheit des TAFM fur die laterale Messung einer Lange von 292 nm betrugt bei einer statistischen Sicherheit von 95% unter Berucksichtigung von 29 Freiheitsgraden 2,5 nm. Da die ermittelte erweiterte Messunsicherheit fur laterale Langenmessungen noch nicht zufriedenstellend und die Ruckfuhrbarkeit in Richtung der Z-Achse nicht gewahrleistet ist, soll das TAFM verbessert werden, um perspektivisch eine Messunsicherheit von 0,5 nm in allen drei Messachsen zu erreichen. Dieses Ziel kann zunachst durch den Einbau eines weiteren Laserinterferometers zur Kalibrierung des Messystems der Z-Achse erreicht werden. Zusatzlich sollte die Umhausung statt auf einem Tisch auf dem schwingungsarmeren Boden platziert werden, was das Rauschen der Interferometer auf weniger als 5 nm reduzieren sollte. Ein verstarkter Metrologierahmen, die Verlagerung der Referenzspiegel vom AFM auf die Prazisionsfuhrung und verkurzte Messkreise, die Konstruktion aller Teile aus dem gleichen Material, ein symmetrischer mechanischer Aufbau und der Einsatz einer aktiven Temperaturregelung mit einer Temperaturstabilitat von 20¡Ó0.1 ØXC sind weitere wichtige Schritte.
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Homodyninterferometer zur berührungslosen Schwingungsanalyse, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 131 S., 3410 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
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Lasergestützte Messverfahren stellen seit langem ein verbreitetes Werkzeug zur berührungslosen Erfassung von mechanischen Schwingungen dar. Sowohl Speckle - und Hologramm- Interferometrie zur Analyse von Flächenschwingungen als auch Heterodyninterferometer (Laser Vibrometer) sind die etablierten Messverfahren auf diesem Gebiet. Der Einsatz von Homodyninterferometern (Einfrequenzinterferometer) zur Schwingungsanalyse setzte bis jetzt eine optische Oberfläche des Messobjektes voraus. Ein weiterentwickeltes System auf Basis eines Einfrequenzinterferometers, das durch eine hohe Linearität und geringe Messunsicherheit ausgezeichnet wird, ist das Thema dieser Dissertation. In der Dissertation werden die Einsatzgebiete und Anforderungen an berührungslose Schwingungsmesssysteme vorgestellt. Der Schwerpunkt liegt dabei im Einsatz der klassischen Einfrequenzinterferometrie zur Schwingungsanalyse unter normalen Industriebedingungen an rauhen und nicht vorbereiteten Oberflächen. Es wird auf den Aufbau eines modifizierten Michelson-Interferometers eingegangen. Die unterschiedlichen Anforderungen an die Sensoroptimierung bei spiegelnden und rauhen Oberflächen werden gezeigt. Die Rechnungen mit Jones-Matrizen stellen den mathematischen Apparat für diese Optimierungen dar. Das gesamte Systemkonzept, das für hochempfindliche und hochauflösende Messungen entwickelt wurde, ist ein weiterer Schwerpunkt der Dissertation. Die Besonderheiten der Signalauswertung in der Einfrequenzinterferometrie werden in Verbindung mit den Aufgaben der Schwingungsanalyse betrachtet. Realisierte schnelle Signaldemodulatoren werden vorgestellt. Es wird eine Analyse der Messunsicherheiten im Vergleich zur klassischen Interferometrie vorgenommen. Die entscheidenden Fehlerquellen und die Möglichkeiten deren Korrektur werden betrachtet und analysiert. Praktische Messergebnisse werden präsentiert und es wird auf die Möglichkeiten der flächenhaften Erfassung von Schwingungen eingegangen.
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