Metrología en Nanotecnología
67
Nanotecnología y Metrología a Nanoescala G. Dai, H.-U. Danzebrink, T. Dziomba, K. Herrmann, M. Xu, A. Kranzmann 2 , M. Ritter 2 , M. Senoner 2 y L. Koenders Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Alemania 2 Bundesanstalt für Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Alemania
Transcript of Metrología en Nanotecnología
Nanotecnología y
Metrología a Nanoescala
G. Dai, H.-U. Danzebrink, T. Dziomba, K. Herrmann,
M. Xu,
A. Kranzmann2, M. Ritter2, M. Senoner2
y L. Koenders
Physikalisch-Technische
Bundesanstalt, Braunschweig, Alemania2
Bundesanstalt
für
Materialforschung
und -pruefung
(BAM), Berlin, Alemania
Richard Feynman
–
el „Padre“ de la nanotecnología
1959 –
„Hay
mucho
sitio
en el fondo
“
•Miniaturización
facilita
nuevas
funcionalidades
• La conquista
del nano
cosmos
para
aplicaciones
técnicas
Nano
es
GRANDE en la literatura
popular
Nano
está
en todas
partes
(but the servings are only micro.)
http://www.livescience.com/nanotechnology/
Un
viaje
al „nano
cosmos“
Un
viaje
al „nano
cosmos“
Hormiga
y láser
diodo
(VCSEL)
El ojo
de una
mosca
a escala
micrométrica ADN a escala
nanométrica
Las tres
propiedades
principales
del nano
mundo
Comportamiento mecánico-cuántico
Superficie aumentada
Reconocimiento molecular
„Nueva“ física
técnica
Mediante
cambios
en
„Nuevos“ procesos químicos
Mediante
cambios
en
„Nuevas“aplicaciones biológicas
Mediante
combinación con
• color, transparencia
• dureza
• magnetismo
• conductividad
eléctrica
•
punto
de reunión
y ebullición
• reactividad
química
• rendimiento
catalítico
• autoorganización
• reparabilidad
• adaptabilidad
• reconocimiento
Tareas
a nanoescala
XPS
Cuantificación
LocalizationInformaciónquímica
SIMSSNMS
SFM
Información química
&
(alguna) información
lateral
Resolución
alta,pero
difícil
de cuantificar
Alta resolución
lateral & información
“química” basada
en fuerzas
Dimensión&
Localización
La evolución
de la nanotecnología
Miniaturización
Complexación
Investigación
& Desarrollo
(I&D) eje
temporal / año
Tecnologías
físicas
Química
Biología
Tamaño
de la estructura
NA
NO
MIC
RO
MA
CR
O
„NUEVOS“
MERCADOS
Funcionalidad
Trazabilidad
a las unidades
SI
Superficies
autodepuradoras
Hoja
de loto
Autodepuradoras
Estructura
de la superficie
de
una
hoja
Ejemplo de
la naturalezaPolvo
sobre
una
gota
de agua
Extrema- mente
menos
contacto
Estructurasfabricadas
por el hombreAutodepuración
de una
superficie
cubierta
de hollín
Superficies
ultra-lisasEjemplos
del campo
de la óptica
y de la electrónica
• Superficies
ópticas
(lentes, prismas
etc.)• Aparatos
para
litografía
ultravioleta
extrema
(EUVL)
• Obleas
ultra-lisas
para
chips
de silicio• Nanoestructuras• Ciencia
del espacio
Capas
antireflectoras
Quelle: Volkswagen AG -
Forschung, Umwelt und VerkehrBilder: Fraunhofer Gesellschaft -
Institute für Silikatforschung (ISC, Würzburg) und für Solare Energiesysteme (ISE, Freiburg)Universität Ulm, Sektion Elektronenmikroskopie
Vidrio
antireflector
con capa
porosa
Poros
a nanoescala
(diámetro
menos
de λ/20)Hojo
de una
polilla
mirado
por
unMicroscopio
Electrónico
de Barrido
(SEM )Tamaño
de la estructura
250 nm
Nueva
funcionalidad
mediante
nanotecnología
Protección
contra fuego
con nano
partículasLlenado
protector para
cristales Espejo
con capa
nanoanti-empaño
Superficies
resistentes al desgaste
Vidrio
plástico
sin
y con
capa
nano
después
de un
ensayo
de la dureza
del rayado
Protector
transparente contra suciedad
Capas
transparentes
con nano
partículas
especiales
Propiedades:•
aumentan
la resistencia
contra razguños
y desgaste•
reducen
la adhesión
de
suciedad•
efecto
limpiador
casi
perfecto en ventanas
por
la acción
de lluvia
Nanotecnología
empleada
hoy
para
coches
Fuente: Volkswagen AG -
Investigación, ambiente y tráfico
capa
antireflexivo
(instrumentoscombinados)acristalamiento
termoreflectante
color
dependiente
del ángulo
lacas
resistentes a rasguñosmetalización
de reflectores
caparesistente a rasguños(partes
de plástico)
retrovisoreselectrocrómicos
superficies
hidrófoboscarbon
black
Nanotecnología
empleada
para
coches
en el futuro
Quelle: Volkswagen AG -
Forschung, Umwelt und Verkehr
de materia
colorante
cristales
electrocrómicostransparencia
cambiable "Privacy"
componentes
de agregado
pobres
en lubicante
superficies autolimpiables con "efecto loto"
colores cambiables
materiales y superficies autolimpiables
Esferas
bucky
& nanotubos
C60
"Fullereno"
C Nanotubos
(CNT)
diámetro: pared individual ~ 0.4 nm y paredes
múltiples
hasta
~ 50 nmlongitud: hasta
un par de micrómetros
Propiedades:• Dureza: 2000 x diamante• Resistencia
a la compresión: 2 x kevla• Resistencia
a la tracción
: 10 x acero• Alta conductividad
eléctrica
Aplicación
potencial:• Electrónica
CNT
• Displays de emisiones
de campos• Actuadores• Materiales
compósitos
Mapa
de materiales Meta -
CNT
Fuente:Mapa
de matriales
„Nanomateriales“ –
Futuros
desarrollos
y aplicaciones, VDI Centro
de Tecnología
, Düsseldorf, 2009
Propiedades
de nano
partículas
de diferentes
tamaños
Nano
partículas
son
cristales diminutos:
Cuánto
más
pequeños, tanto
más se comportan
como
una
molécula.
Esquemático
de una
nano
partícula
CdTecon cáscara
estabilizante.
1.5 nm 4.0 nm
Foto-catálisis
con nano
partículas
de TiO2
Función
de las
nano
partículas:
•
absorben
luz
ultravioleta
•
parten
agua
(H2O) en radicales
OH y forman
peróxido
de hidrógeno con oxígeno
del aire
Efecto:bactericido, desinfectante
Campos de aplicación:AutolimpiezaSalas de operacionesHospitales...
Rhodopsin
bacteriológico
como
un material multifuncional
Rhodopsin
bacteriológico
es
una macromolécula
biológica
con
propiedades
ópticas
interesantes que
pueden
ser
optimizadas
mediante
la nano- biotecnología
para
diversas
finalidades.
Posibles
aplicaciones:•
cámaras
holográficas
para
el
ensayo
de materiales•
sistemas
de seguridad
ópticos
•
Sensores
ópticos/quimicos (reemplazo
de retina)
•
Soportes
ópticos
de grabación
Nueva
terapia
de cáncer
con nano
partículas
de óxido
de hierro modificadas
Principio
de aplicación:•
nano
partículas
especiales
de óxido
de hierro
son
sobrecalentadas
en células
de cáncer
por
un
campo
magnético
externo
(hipertermia
de campo
magnético) y matan
a las células
de cáncer
a causa de su
cáscara
que
fue
modificada
biomolecular-
mente, las nano
partíclas
son
absorbidas
específicamente
por
las células
de cáncer
Absorción
específica
de partículas:1.La cultura
de células
de un
tumor
cerebral no absorbe
bien
nano
partículas
de óxido
de hierro
con una
cáscara
de azúcar
(el citoplasma
mantiene
el color
claro)2.Las áreas
oscuras
en la misma
cultura
de células
muestran
que
las células
de cáncer
absorben
nano
partículas
con cáscaras
modificadas
mediante
nanobiotecnología
Nano
biotecnología
Estructura
de semiconductores
de silicioNeuronaImpulsos
de nervios
en forma de señales
electrónicas
Cuatro
generaciones
de nanotecnología
1era generación: nanoestructuras
pasivasa.
Nanoestructuras
dispersas
y de contacto. Ex. areosoles, coloides
b.
Productos
que
contienen
nanoestructuras. Ex. capas, nano
partículas, composites
reforzados, metales
con nanoestructura, polímeros, cerámica
2a generación: nanoestructuras
activasa.
Efectos
bio-activos
en la salud. Ex. Medicamentos
seleccionados, bio-
equipos
b.
Activo
físico-quimico. Ex. 3D transistores, amplificadores, actuadores, capas
adaptivos
de estructuras
3era generación: Sistemas
de nanosistemasEx. Montaje
guiada, 3D networking
y nuevas
arquitecturas
jerárquicas, robótica, evolucionario
4a generación: nanosistemas
molecularesEx. Aparatos
moleculares
„diseñados“; diseño
atómico, funciones
emergentes
1er m
arco
Dom
inio
de ri
esgo
sm
arco
2
~ 2000
~ 2005
~ 2010
~ 2015 -
2025
Fuente: NMP EXPERT ADVISORY GROUP (EAG) POSITION PAPER ON FUTURE RTD ACTIVITIES OF NMP FOR THE PERIOD 2010 –
2015, Nov. 2009
Porqué
empezó
la nanotecnología
tan
tarde?
Cómo se puede imaginar estructuras a nanoescala e incluso a escala de sub-nanómetros?
•
Desde
entonces: se ha desarrollado
toda
una
familia de "Microscopios
de Sonda
de Barrido"
(SPM)! ...principio común: utilización de la interacción ultra-local sonda-muestra
•
1982 Binnig
& Rohrer (IBM, Rüschlikon, Suiza) inventan
el "Microscopio
de Efecto
Túnel" (STM)
...requiere que la sonda y la muestra sean conductivasPremio
Nobel 1986
•
El tipo
más
importante
de SPM: "Microscopia
de la Fuerza" (SFM), "Microscopia
Atómico
de la Fuerza" (AFM)
...se basa en fuerzas interatómicas e intermoleculares ...ventaja: condiciones ambientales, no necesita sondas/muestras conductivas
COOMET Young Metrologists
Competition, Kharkiv, Ukraine, June
19th/20th, 2007 T. Dziomba
Sóla
las cosas
que
podemos
MEDIR podemos
investigadar, modificar, manipular
Microscopia óptica convencionalLímite
de difracción:Estructuras
más
pequeñas
que
media longitudde onda
luminosa
≤ λ/2 no son
dissueltas
Microscopia de sonda de barridoInteracción
de corto
alcance:Estructuras
considerablemente
más
pequeñas
pueden
ser
dissueltas
Microscopio
óptico
& microscopio
de sonda
de barrido
– una
comparación
Mirando
átomos
Microscopia
de iones
en campo con sonda
atómica1951 E. W. Müller
microscopia
de iones
en campo con sonda
atómica
En este
micrógrafo
de iones
en campo
de un
composite
intermetálico
de níquel-
molibdenio
(Ni4
Mo), cada
punto
es un
átomo
individual.
Mirando
átomos
Microscopia
Electrónica
de Transmisión
1931 M. Knoll, E. Ruska 1er SEM y concepto
de TEM
1938 A. Prebus, J. Hillier 1938 1er TEM
Imagen
TEM en una
heteroestructura
de GaAlAs/GaAs
Espacio
real
Microscopio
de Efecto
Túnel
1982 Binnig
y Rohrer
1986 Premio
Nobel Binnig, Rohrer & Ruska
Mirando
átomos
Microscopia
de efecto
túnel
Principios
de funcionamiento
del STM
Mirando
átomos
Microscopia
de efecto
túnel
Topografía
STM -
pasos
de silicio
y primer imagen
de la reconstrucción
7x7 de la superficie
de Si(111) (Binnig
y Rohrer 1982)
Superficie
de silicio
(111) 7x7
Silicio(111) 7x7, 20 nm x 10 nm
Height oder charge
density?
Átomosde superficieindividuales
Ust
=-2 V, It
= 1 nA
~0.05nm0,2nm
0, 1
Superficie
de silicio
(001) 2x1
Si(001) 2x1: Scan 20 nm x 20 nmPasos
atómicos
simples 0.135nm
Microscopia
de Fuerza
Radio de la punta
~ 0.002 ... 0.020 µm
Fuerza
~ 0.01 nN
... 10 nN
Muestra: casi
todo
tipo
de muestra
Volumen
del equipo
~ 200mm x 200 mm x 100 mm
Volumen
de medición
~ 100 µm x 100 µm x 10 µm
Contacto
Modo
no contacto/tapping
Microscopia
de Fuerza
Brazo
saliente
SFM Parámetros
geométricos
Rigidez
kz
, ky
,kyTFrecuencia
de resonancia
f 0Factor Q
SFM -
„brazo
saliente" y puntas
Si; beam cantilever Si; tetraeder tip (~ 35 )0
Si; super sharp (~20 )0 Si; Focussed Ion Beam
sharpened (~ 10 )0
Si N ; triangular cantilever3 4
... with pyramidal tip (~100 )0
Electron Beam Deposited
Nanotubos
de carbón
Nanotubo
(CNT) al final de una
punta
normal de Si: diámetro
de la punta
~ 12 nm
100 nm
Crecido
en SEMBrazo
saliente
de silicio
con puntas
tetragedónas
Puntas
“afiladas"
Brazo
saliente
con punta
piramidal
de silicio-nitrito
en forma triangular
Sistemas
de escaneo
Z
X
piezo tubeelectrodes
X, Y raster signalZ control signal
„Convencional
-
C“
x, y señal
de barrido (raster signal) =
posición
x,y señal
de control = posición
z
Sensores
de posición (bandas extensométricas
u
otros) para
una
repetibilidad de posicionado
mejorada
strain gages
„Circuito
cerrado
-
B“
Guía
de flexión
+ piezo
actuadores
Interferómetros
láser para
mediciones
de
posición
x, y, z
„Referencia
-
A“ („SFM Metrología“)
Algunas
partes
más
son necesarias
Brazo
con punta
Sistema
de detección
de
rayosincl. algunas
partes ópticas
Bhushan, Hanbook
of Nanotechnology, 2007
Posicionado
aproximativo
para
x, y, z y correción
de inclinación
Sistema
de sonda
de
barrido
Sistema
de video
Hasche et al.
Metrología
SFM -
Veritekt
B y C
Sujetador
de lamuestra
Marco de referenciax-y
Eje
„y“ del interferómetro
Eje
„x“ del interferómetro
65 µm x 15 µm x 15 µm
El aspecto más importante para un SFMdimensional es de cumplir con el Principio de Abbe !
Porqué
medir
?
Como
en las tecnologías
convencionales
establecidas (construcción
mecánica, construcción
de plantas, técnica
de vehiculos, ingeniería
aeronáutica
y espacial, microtécnica), lo
sigiente
es válido:
Sólo lo que se puede medir puede ser producido (de modo industrial),
(fabricado, cambiado, compuesto, mejorado)
Incertidumbre
de medición ~ 100 nanómetros Un
par de nanómetros ≤
nanómetros
Tareas
de medicicón
e incertidumbreTécnica
de microsistemas Tecnología
IC NanotecnologíaEstructura Estructuras
sobre
caretas, obleasu otros
substratos;Estructuras
individuales, diversoslstrukturen; verschiedensteGrössen
Estructuras
sobre
caretas
y obleas Estructuras
sobre
obleas
u otros.Substraten; Einzelstrukturen auf Substraten adsorbiert
Ambiente aire; (vacío) aire; vacío aire; vacío; UHV; líquido
Material Si; Keramiken; Glas; Metalle;Kunststoffe; Maskensubstrate;Photoresiste
Si und andere Halbleiter;Maskensubstrate; Metalle;Photoresiste
Si und andere Halbleiter; Keramiken;Metalle; Moleküle; Makromoleküle;biologisches Material
Tamaño
de la muestra
Masken und Wafer bis zu 6“ (odermehr); Einzelstrukturen bis zu50mm x 50mm; Dicke bis zu 25mm
Masken und Wafer aller Größen (bis 12“)
Wafer und andere Substrate bis 4“;Teile von Substraten bis 10mm x10mm; Dicke bis zu einigen mm
Tipo de medición
„2 ½“ –
3-dimensional;Relación
der aspecto
hasta
50 (o más) ~ 2-dimensional;Aspektverhältnis < 1
„2 ½“ (–
3)-dimensional;Relación
de aspecto
~ 1
Rango
de posicionado
Hasta
150mm x 150mm x 25mm 175mm x 175mm bis 300mm x300mm (x einige 10µm)
bis zu 100mm x 100mm x < 5mm;überwiegend 10mm x 10mm x 1mm
Rango
de medición
hasta
50mm x 50mm x 25mm 175mm x 175mm für Masken; 25mmx 32mm für dies (x einige 10µm)
~ 100µm x 100µm x 10µm
Tareas
de medición
DistanciaAnchoAlturaEspesor
de la capaRugosidad/textura
< 50mm> 1µm< 1mm< 1µm< 1µm rms
< 175mm> 80nm< 10µm> 2nm< 10nm rms
+ elektronischeEigenschaften < 100µm
< 1µm< 250nm< 50nm< 50nm rms
+ mechanische,optische,elektronische, magnetische,chemische,molekulareEigenschaften
2D perfil
⇒3D forma
⇒ 2D forma
2D ... 2 1/2D
perfil
Relación
de aspecto
Grado
de inclinación
-
distancia Altura
del paso
Anchura
de la línea
-
forma
Espesor
Diámetro
–
Forma
Tareas
en el campo de la metrología
dimensional
Rugosidad
Rejillas
para
calibración
1 mm @ 50.000 pixel
50 µ
m @
16
línea
s
Imagen
2D delárea
aumentado
Imagen
3D del área aumentado
30 µm
520 nm
G. Dai
et al, MST
Resultado
de los
métodos
FT-FFT y GC
Método
FT mod
Método
GC Grado
de inclinación
media= 3000.034 µm
Grado
de inclinación
media = 3000.033 µm
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
x, um
Pos
ition
dev
iatio
n, n
m
El mismo
juego
de datos medidos
en práctica
es
evaluado, empleando
los dos métodos.
La curva
de desviación
de la posición
muestra
irregularidades
Difracción
no mensurable
pero
óptica
!
1 mm @ 50.000 pixel50
µm
@ 1
6 lin
eas
Rango
de patrones
5 µm
5 µm
1 µm
1 µm
Grado
de inclinación
2D: 100 nm
10 µm
10 µ
m
Altura
del paso: aprox. 3 nm
15,3 μm
300 µm
100
µm
Altura: aprox. 15 µm
5 µm5
µm
Estructura
especial
400 µm
360
µm
Grado
de inclinación
1D: 40 µm
Dai
2006
Rugosidad
de superficies
0 1 2 3 4 5-1000
-800-600-400-200
0200400600800
1000120014001600 Stylus Profile
LR-SPM Profile
Pro
file
/nm
X position /mm
PTB 5.0
Línea
inicial
Medición
en una
posición
idéntica
por
LR-SFM y por
el concepto
Mahr
Línea
simétrica
2,28 2,34 2,40
-800
-400
0
400
800
1200
3.49 μm
2.57 μm
167 nm
139 nm
Stylus Profile
LR-SPM Profile
Pro
file
/nm
X position /mm
G. Dai
et al.
Calibración
de la geometría
de un
elemento
de penetración para
macrodureza
Geometría
del elemento
de penetración
Combinación
micro
&
nano
0 24
6
8
10
µm
0
3µm
24
68
µm
Herrmann, Pohlenz
Otras
propiedades
a medir
?
Hardness (E-modul)of thin layers
Thicknessof layer
Optical / chemicalproperties (Amount of substance)
Magnetical /electricalproperties
Binding focesMolecular
properties
(Binding forces)
Durezas
Módulo
de Young
Propiedades eléctricas
y magnéticas
Propiedades ópticas
y químicas
Espesor de la capa
Molecular
properties
(Binding forces)
Propiedades moleculares (fuerzas
cohesivas)
Realizado por el usuarioServicio prestado por Institutos Nacionales de Metrología (NMIs)
Cadena
de trazabilidad
típica
para
la microscopia
de fuerza
Definiciónde la unidad
SI
Medición
del objeto
actual
Instituto Nacional de Metrología (NMI) Usuarios de SPM (industria, universidades, institutos, etc.)
SPMwith
built-in
/ calibrated
byinterferometer
p. ej. VERITEKT en el PTB,Met.LR-SPM en el PTB
„SFM metrológo“con interferometría
incorporada/calibradopor
interferometría
objeto
actuala ser
medido
por
SFMUnidad
SI „metro“
CalibraciónLáser
(longitud
de onda
λ)
Difractometría(patrones
laterales),
Microscopia
interfer. (patrones
de altitud
depaso
& patrones
de llanura)
Calibraciónde SFM de usuarios
p.ej. en el PTB:VeecoDI, Park,SISNanostat. II
Calibraciónde patrones
físicos
DIRECTIVA!p.ej. VDI/VDE 2656 para
SPM
Calibración
y verificación
Llanura Forma de punta
Patrones
para
verificación
1 y 2 dim. lateral
Altura
de paso
Patrones
para
calibración
detector
deinteracción
muestra sonda
escáner
z
escáner
xy
Posicionado
aproximativo
xy z –
método
aproximativo
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
zHacia
calibraciones
avanzadas
“perfecto”
Factores
de escala
deleje
+ factores
de acoplamiento
Factores
de escala
del eje+ factores
de acoplamiento+ correcciones
no lineales
Cx, Cy, Cz;Cxy, Czx, Czy
Cx, Cy, Cz;Cxy, Czx, Czy;factores de segundo orden
escalas
de longitud
incorrectas + no ortogonalidades(acoplamiento
lineal,diafonía
lineal)
+ distorciones
a lo largo de los
ejes
y funciones
de diafonía
no lineal
Factores
de escala
del eje
Cx, Cy, Cz
x corr
= Cx .
xmedido
ycorr
= Cy .
ymedido
+ Cxy
.
xmedido
Nano
escala
2008 -
iNRiM, Turin, Italia, Sep. 22/23rd, 2008 M. Ritter / T. Dziomba
Escáner
tubular de ampliorango
parax, yx, y &&
zz
Escáner
tubular xyz
Sensores
dedeflexión
Escáner
tubular xyz con sensores
de deflexión
y control de posición
de circuito
cerrado
en x & y:53 µm (no linearizado)47 µm (linearizado)Rango
de escanear
en z: 7 µm
SIS nano
unidad
300
Nano
escala
2008 -
iNRiM, Turin, Italia, Sep. 22/23, 2008 M. Ritter / K.-D.Katzer
/ T. Dziomba
Mediciones
en 3D
Mediciones
en una
pirámidedel primer tipo
Patrón
3D con una
píramide
de pasos
múltiples: primeros
resultados•
Área
estructurado
aprox. 36 µm x 36 µm
•
Dimensión
de la pirámide
aprox. 20 µm x 20 µm x 2 µm•
10 pasos
de altura
casi
separados
•
Calibrado
por
Met.LR-SPM (NMM) por
G. Dai
Desviaciones
de altura
de la nanoestación
SIS II del PTB•
Veeco
DI5000
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 500 1000 1500 2000 2500Met.LR-SPM Höhe (nm)
Gem
esse
ne A
bwei
chun
g dz
(nm
)
SiS-AFMDI5000
Nanoestación
SIS
IICon pila
piezo
para
z, plataforma
PI con corona. sensores
en x & y: ninguna
sistemática
identificada
Veeco
DI5000:Desviacionessistemáticas:dos nubes,
distorcionesD
evia
tion
dz/ n
m
z values de referencia medidos por Met.LR-SPM / nm
Después
de una transformación
afina
de
3D (incl. factores
de escala
y de acoplamiento)
a los datos
de referencia de Met.LR-SPM
Nanoescala
2008 -
iNRiM, Turin, Italia, Sep. 22nd/23rd, 2008 M. Ritter / M. Xu
/ T. Dziomba
Distorciones
ztz a lo largo del eje
z?
Principio
de un microscopio
de sonda
de barrido
virtual
•Error sistemático
del escáner
•Incertidumbre
de errores sistemáticos
del escáner
Geometría
del eje
Sistema
de barrido•Convolución
de la
geometría
de punta Geometría
cambiante
durante
la medición
Temperatura•Desviación•Torcimiento•Expansión
Otros•Vibración•Error de calibración•Error de evaluación
Influencia
de incertidumbre
Estimulador
SPM virtual
Medición
real Evaluación regular por
el
software del microscopio
Evaluación estadística
Y ±
U(Y)
U(Y)
Y
Resultados
de mediciones
de la altura
de paso
Entrada
de parámetros
Medición
de simulación, incl. diferentes
tipos
de brazos
Resultado
de medición, presupuesto
de incertidumbre
y distribución
de los
resultados
Comparación
con los
resultados
de
medición
del instrumento
Measurement task
EvaluationAlgorithm
Instrument Cantilever
Environment Operator
Error Simulation
Fuerzas
de interacción
Fts
= FLennard-Jones
+ Feléctrico
+ Fmagnético
+ Fquímico
+ Fcapilario
Fuerzas iónicas yfuerzas Van der
Waals
Fuerzas
electrostáticas
& fuerzas
magnéticas
Fuerzas
de adhesión
& fuerzas
de fricción
Deformación
elástica
& plástica
Fuerzas
capilarias
Tareas
a escala
nanométrica
XPS
Cuantificación
LocalizationInformaciónquímica
SIMSSNMS
SFM
Información química
&
(alguna) información
lateral
Resolución
alta,pero
difícil
de cuantificar
Alta resolución
lateral & información
química
basada
en fuerzas
Dimensión&
localización
Proceso
de formación
de imagenes
Propiedad
de la estructura
de la muestraMicroscopio Interacción
ValorImagen
Meta de una
medición
Determinación
de propiedades
de la muestra/estructura/característica
de interés
Requisitos: Conocimiento
del proceso
de medición
y de funciones
de respuesta
relacionado
con el aparato
Microscopia
con “ondas” y “partículas”
Sistemas
basados
en ondas/partículas individuales
(ópticos, SEM, SIMS, …)
Función de dispersión de puntos
-
Distribución
de la intensidad
-
objeto Imagen
Gauss PSF
Sondas
“sólidas”
Función de dispersión de puntos
-
forma de la sonda =
objeto sonda Imagen
Objeto Sonda Imagenconocido conocido calculado
conocido calculado medido
calculado conocido medido
No obstante, esta
es
una
vista puramente
geométrica!
Hay que
considerar
la interacción
entre
la punta
y la
muestra!
Límites
de resolución
y detección
Tamaño
analítico
del punto
Ran
gode
det
ecci
ón
Ato
mos
/cc
Franjas
Sección
transversal de una
pila
de capas
de AlGaAs
- InGaAs
-
GaAs
142 capas
con substrato
GaAs- espesor
de las
capas
entre
1 nm y 700 nm
-
crecido
por
epitaxia
metalorgánica
en fase
de vapor (MOVPE)
-
Empotrado
en acero
inoxidable
Senoner
et al.
Función
de franjas1. 23 Rejillas
de ondas
rectangulares
(períodos
2 -
600 nm
)
→
estimación
de la resolución
lateraloptimización
del tiempo
real de ajustes
del instrumento
→
determinación
de MTF2. Transiciones
de paso
→ determinación
de ESF→ determinación
de parámeters
dispersados
en las
esquinas
como
12% -
88% aumento
de intensidad3. Franjas
estrechas
(1nm, 4 nm, 15 nm, 40 nm)
→
determinación
de LSFpara
métodos
de escaneo, esto
esta
relacionado
con
la forma y el diámetro
del rayo
→ determinación
del límite
de detección
4. Calibración
de distancias→ calibración
de la escala
de longitud
medición
de centro
–
distancia
entre
centrosentre
franjas
o rejillas
Senoner
et al.
TOF-SIMS IV, Ga+ fuente
de iones
Medido
en BAM-L200, prototipo
1
Datos medidos en BAM
Ilustración
TOF-SIMS Al+ AES Al ilustración
y escaneo
de líneas
TOF.SIMS 5, Bi3++ fuente
de iones
Medido
en prototipo
2
Datos de ION-TOF GmbH, Alemania
PHI 700 escaneo
nanomuestra
Auger
Medido
en prototipo
2
Datos de Dennis F. Paul,Physical Electronics, Estados Unidos
La formación
de imagenes
de rejillas
permite
una
estimación
del tiempo
real de la resolución
lateral y la optimización
de ajustes
del instrumento
Ilustración
TOF-SIMS Al+
AVS 53rd Symposium, San Francisco, CA, November 12-17, 2006 M. Senoner, W. Unger, T. Dziomba, L. Koenders
Estimación
de la resolución
mediante
detección
Al en rejillas
de ondas
rectangulares
Resolución
lateral del análisis
de superficies
G. Ade
& L. Koender
Measure the small world!
![Produktkatalog - Platzgummer€¦ · [EN ISO 9864] [EN ISO 9863-1] [EN ISO 10319] [EN ISO 10319] [EN ISO 12236] [EN ISO 13433] g/m2 mm kN/m kN % kN/m % mm MD MD CMD CMD [EN ISO 11058]](https://static.fdokument.com/doc/165x107/605bf9e1007d9c215f54cda0/produktkatalog-platzgummer-en-iso-9864-en-iso-9863-1-en-iso-10319-en-iso.jpg)
