Ambacher, Oliver

Cimalla, Volker

Franke, Karl-Heinz

Gubisch, Maik

Machleidt, Torsten

Spieß, Lothar

Digitale Bibliothek Thüringen

  50. Internationales  Wissenschaftliches Kolloquium   September, 19-23, 2005   Maschinenbau  von Makro bis Nano / Mechanical Engineering  from Macro to Nano   Proceedings    Fakultät für Maschinenbau / Faculty of Mechanical Engineering     Startseite / Index:  http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15745 Impressum  Herausgeber: Der Rektor der Technischen Universität llmenau  Univ.-Prof. Dr. rer. nat. habil. Peter Scharff  Redaktion: Referat Marketing und Studentische Angelegenheiten  Andrea Schneider   Fakultät für Maschinenbau  Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Kurtz, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. med. (habil.) Hartmut Witte, Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Linß,  Dr.-Ing. Beate Schlütter, Dipl.-Biol. Danja Voges,  Dipl.-Ing. Jörg Mämpel, Dipl.-Ing. Susanne Töpfer,  Dipl.-Ing. Silke Stauche  Redaktionsschluss: 31. August 2005 (CD-Rom-Ausgabe)  Technische Realisierung:  Institut für Medientechnik an der TU Ilmenau (CD-Rom-Ausgabe) Dipl.-Ing. Christian Weigel Dipl.-Ing. Helge Drumm Dipl.-Ing. Marco Albrecht  Technische Realisierung: Universitätsbibliothek Ilmenau (Online-Ausgabe)   Postfach 10 05 65  98684 Ilmenau  Verlag:   Verlag ISLE, Betriebsstätte des ISLE e.V.  Werner-von-Siemens-Str. 16  98693 llmenau   © Technische Universität llmenau (Thür.) 2005   Diese Publikationen und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt.   ISBN (Druckausgabe): 3-932633-98-9  (978-3-932633-98-0) ISBN (CD-Rom-Ausgabe): 3-932633-99-7 (978-3-932633-99-7)  Startseite / Index: http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15745 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium Technische Universität Ilmenau 19.-23. September 2005  L. Spiess / T. Machleidt / V. Cimalla / M. Gubisch / O. Ambacher / K.-H. Franke   Development of a reference field for a NPM-machine   EINLEITUNG  Im Sonderforschungsbereich SFB 622 "Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen)" an der TU Ilmenau werden die wissenschaftlich-technischen Grundlagen zum Entwurf und zur Realisierung einer NPM-Maschinen erarbeitet. In der zu erreichenden Präzision der NPM-Maschinen für größere Bewegungsbereiche von 350 x 350 x 5 bis 50 mm3 (Auflösung von 0,05 nm, Reproduzierbarkeit < 1 nm) liegt die Herausforderung.  Die Navigation über große Bereiche, das Einmessen und Bewerten der Messtaster sowie die Nut-zung verschiedener Messtaster zur Messung unterschiedlicher topographischer und physikalischer Eigenschaften macht Mess- und Referenzmarken erforderlich. Ebenso müssen Veränderungen (z.B. durch Verschleiß) in Form und Beschaffenheit der Messtaster zur Sicherung der angestrebten Ge-samtauflösung und Reproduzierbarkeit erkannt und vermessen bzw. quantifiziert werden. Dies wird ebenfalls über Mess- und Referenzmarken realisiert. Daraus abgeleitet sind Aufgabenstellungen im SFB 622 für die Teilprojekte „Werkstoffe und Oberflächen“, „Sensornahe Messdatenerfassung und –verarbeitung“ und „Multifunktionale Nanoanalytik“, die den Entwurf, Aufbau und die Erpro-bung/Testung eines Referenzfeldes mit verschiedenen Mess- und Referenzmarken beinhalten.  Im vorliegenden Beitrag werden detailliert die möglichen geometrischen Strukturen für Mess- und Referenzmarken diskutiert. Dabei wird besonders auf die Problematik von kleinsten 3D-Strukturen eingegangen, Fehler sowie die Möglichkeit zur Nutzung von werkstoffeigenen Marken und Refe-renzgrößen aufgezeigt. Weiterhin werden konzipierte Referenzen vorgestellt, die neben der Geo-metrie die Untersuchungen von Eigenschaftsgrößen wie z.B. Magnetismus, elektrische Potentiale ermöglichen. Eine Erstmessungsstrategie sowie Entwicklungspotentiale und Strategien zur Optimie-rung solcher Referenzfelder für NPM-Maschinen werden vorgestellt und diskutiert. Ein Ausblick auf zu erwartende Probleme in der Langzeitstabilität wird gegeben.  ANFORDERUNGEN AN DAS REFERENZFELD UND ERSTE LÖSUNGEN  Um einen Messbereich von 10-2 m unter Einhaltung einer Genauigkeit von 10-9 m zu vermessen, müssen Referenzobjekte vorhanden sein, die den gleichen Größenbereich überdecken. Es bieten sich als Referenzobjekte beginnend vom kleinsten zum größten Objektmass folgende Strukturen an. Mit diesen möglichst definiert vorliegenden 3D-Objekten bekannter Abmessungen lassen neben der Verwendung als Längenreferenzobjekte auch die Form und Wechselwirkung von Abtastwerkzeu-gen wie Cantileverspitzen rekonstruieren. Man hat so jederzeit eine Möglichkeit der Testung der Spitzen: • Atomare Strukturen (Kristallabbildungen, Stufenwachstum, Nanopartikel und Nanoröhren) – Bereich (lateral 0.2 – 500 nm, vertikal 0.1 – 10 nm) • Zwillingslamellen (lateral 4 nm – 1000 nm) • Schichtstapel und Multilayer (vertikal 1 nm – 300 nm) • Elektronenstrahllithographiestrukturen (lateral 15 nm – 2 µm, vertikal nicht kleiner als 20 nm) • Härteeindrücke (lateral 100 nm – 15 000 nm; vertikal 30 nm – 5000 nm) Die nachfolgende Bildzusammenstellung zeigt den prinzipiellen Entwurf des Feldes und die darin vorgesehen Komponenten.    a)                                                                                                   b)   c) Bild 1: a) Gesamtentwurf  mit Graphitfeld (HOPG) zur atomaren Auflösung und einem AlN/Ni Schichtstapel zur Bestimmung der Lateralkrafteigenschaften und der elektrischen Eigen-schaften am analytischen Atomkraftmikroskop b) Kohlenstoffnanoröhrenabbildung  im TEM und Nutzung dieser als mögliches Lateral- und Höhennormal beim AFM  c) Härteeindrücke mit unterschiedler Last und damit unterschiedlichen Abmaßen, vertikal ca. 1/3 der Lateralabmessungen   Autorenangaben:  PD Dr.-Ing. habil. L. Spiess, Dipl.-Ing. M. Gubisch Dipl.-Ing. T. Machleidt, PD Dr.-Ing. habil. K.-H. Franke  TU Ilmenau / Inst. Werkstofftechnik/SFB 622 B3 TU Ilmenau / FG Graph. Datenverarbeitung / SFB 622 C2 Kirchhofstr. 7, 98693 Ilmenau PF 100565, 98684 Ilmenau    Tel.: 49 3677 693403 Tel.: 49 3677 695068 Fax: 49 3677 693353 Fax: 49 3677 695071 E-mail: lothar.spiess@tu-ilmenau.de E-mail : torsten.machleidt@tu-ilmenau.de  Dr.-Ing. V. Cimalla, Prof. Dr. rer. nat. habil. O. Ambacher  TU Ilmenau / FG Nanotechnologie / SFB 622 A8  Postfach 100565, 98684 Ilmenau       Tel.: 49 3677 693723     Fax: 49 3677 693709     E-mail: Volker.Cimalla@tu-ilmenau.de   Si oder ... Si oder ... ca. 500  Mikrohärteeindrücke Nanotubes Lithografiestrukturen ca. 500  AlN Ni HOP 100 nm5 nm5 nm20 µm

Development of a reference field for a NPM-machine

https://www.db-thueringen.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dbt_derivate_00021530/50_IWK_2005_1_0_16.pdf

Development of a reference field for a NPM-machine

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