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Production sequence of Si-spheres and interferometrical determination of the sphere volume

Surface Metrology

Department 5.1


Tasks and aims


Traceable measuring techniques for dimensional variables of surfaces are the basis for an accompanying quality assurance in research, development and production. In particular for the field of nano-technology there is an additional strong linkage between dimensional and other physical and chemical properties.
The group Surface Metrology regards it as its goal to develop and to improve measurement devices and instruments for the measurement of small structures on surfaces in the fields of micro system technique, nano-technology and the surface measuring techniques (roughness -, hardness - and layer thickness, etc.) in order to reach smaller uncertainties surely. This includes the development and calibration of standards for the dissemination of dimensional properties to DAkkS and industry too.
The group is involved in the Avogadro project as well as in several national and international projects.

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Taktile Messverfahren:

  • Aufbau und Betrieb eines Opens internal link in current windowProfilscanners zur Messung an kleinen Geometrien mit hohem Aspektverhältnis und an inneren Oberflächen wie z. B. Düsen
  • Entwicklung und Erprobung eines Messaufbaus zur flächenhaften Oberflächenmesstechnik (Opens internal link in current windowHRTS / LUPO) mit taktilen und optischen Sensoren.
  • Design und Herstellung von Prüfkörpern zur Bestimmung geometrischer Parameter von Sondenspitzen, Entwicklung von Verfahren zur Analyse der Spitzengeometrie (Radius und Öffnungswinkel)von taktilen Sonden und zur Dialation (morphologische Entfaltung) von gemessenen Profilen
  • Einfluss von Tastkräften auf die Messverfahren.

Optische Messverfahren:

  • Entwicklung von Multistufennormalen zur Kalibrierung bzw. zur Prüfung von Nichtlinearität bei optischen Messgeräten
  • Entwicklung von Opens internal link in current windowForm- (eff. Apertur) und Chirpnormalen ("Structur Fidelity") zur Prüfung der Übertragungsfunktion bei mikroskopischen Verfahren
  • Aufbau eines Zweifarben-Interferenzmikroskops zur direkten Rückführung von Stufen bis zu 100 µm
  • Nutzung eines Opens internal link in current windowStreulichtmessplatzes zur Charakterisierung von Proben.


  • Nanoindentation
  • Update von Härtenormalmesseinrichtungen, d.h. Rockwell und Super-Rockwell, Vickers, ...

Schichtdicke und kristalline Normale:

  • Erprobung von Opens internal link in current windowkristallinen Strukturen zur Nutzung als Stufenhöhennormale für high-end Mikroskopieverfahren
  • Entwicklung von Verfahren zur Herstellung großer, atomar glatter Flächen
  • Nutzung der Selbstorganisation von Strukturen auf Oberflächen zur Herstellung von Normalen mit Perioden < 20 nm, Untersuchung und Erprobung der Strukturen mit AFM und SEM


  • Opens external link in new windowReferenz-Software und Software-Normale zur Bestimmung von 2D-Rauheitskennwerten bzw. Prüfung der Messdatenauswertung
  • Entwicklung von Normalen für die flächenhaften Rauheitskenngrößen der ISO 25178-2
  • Software für die flächenhafte Filterung ISO 16610 und Analyse von Kenngrößen der ISO 25178-2

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  • Kalibrierung von Stufen- und Tiefeneinstellnormalen vom Nanometerbereich bis zu 5 mm
  • Kalibrierung von Rauheitsnormalen
  • Kalibrierung von Härtevergleichsplatten
  • Kalibrierung von Schichtdicken
  • Kalibrierung von Biegesteifigkeit an Cantilevern

  • Mitarbeit in VDI-, DIN- und ISO-Ausschüssen

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What's new?




NanoScale 2016 in Wrocław, Poland
from 9th up to  11th March 2016

The seminar will be organisate by Wroclaw University of Technology, Opens external link in new windowFaculty of Microsystem Electronics and Photonics, Prof. Dr. Teodor Pawel Gotszalk and the PTB.
Contents of the seminar are issues about quantitative microscopy, nanoscale calibration and standards and methodes. It is the 11th event till 1995. Opens external link in new windowmore.
Opens external link in new windowRegistration
for participants or Opens external link in new windowpresentation of contributions can be submited from 01.07.2015 up to 09.03.2016 on the web sides of the NanoScale.


Workshop: Quantitative 3D-microskopy of surfaces

was helded at 28th April 2015 in the PTB-Braunschweig



Press releases


Workshop at TU Dresden: Initiates file downloadTraceable measurement of mechanical properties of nano-objects

at March 25, 2015 Germany TU Dresden, Institute of Process Engineering and Environmental Technology



Die wichtigsten Veröffentlichungen des Fachbereichs


Opens external link in new windowFinal report on APMP.L-K8: International comparison of surface roughness
Baker, A., Tan, S. L., Leach, R., Jung, L., Wong,  S.Y., Tonmueanwai, A., Naoi, K., Kim, J., Renegar, T B , Chaudhary, K P.,
Metrologia, Technical Supplement 50 (2013) 04003, dx.doi.org/10.1088/0026-1394/50/1A/04003

Opens external link in new windowDevelopment of a traceable profilometer for high-aspect-ratio microstructures metrology.
Xu, M., Kirchhoff, J. & Brand, U. Surf. Topogr. Metrol. Prop. 2  (2014) 024002

Opens external link in new windowCharacterization of a traceable profiler instrument for areal roughness measurement
Thomsen-Schmidt, P., Measurement Science and Technology 22 (2011) 094019

Opens external link in new windowIn-situ nondestructive characterization of the normal spring constant of AFM cantilevers.
Gao, S. & Brand, U.  Meas. Sci. Technol. 25 (2014) 044014

Opens external link in new windowNanoindentation
Michailidis, N.; Bouzakis, K.-D.; Koenders, L.; Herrmann, K.; CIRP encyclopedia of production engineering (2014)

Opens external link in new windowA nanonewton force facility to test Newton’s law of gravity at micro- and submicrometer distances
Nesterov, V., Buetefisch, S., Koenders, L.,  Ann. Phys. (Berlin) 525 (2013) 728–737 DOI 10.1002/andp.201300057

Opens external link in new windowLight-induced attractive force between two metal bodies separated by a subwavelength slit,
Nesterov, V., Frumin, L.,  Meas. Sci. Technol. 22 (2011) 094008

Opens external link in new windowImproved measurement results for the Avogadro constant using a 28Si-enriched crystal
Azuma, Y.; Barat, P.; Bartl, G.; Bettin, H.; Borys, M.; Busch, I.; Cibik, L.; D'Agostino, G.; Fujii, K.; Fujimoto, H.; Hioki, A.; Krumrey, M.; Kuetgens, U.; Kuramoto, N.; Mana, G.; Massa, E.; Meeß, R.; Mizushima, S.; Narukawa, T.; Nicolaus, A.; Pramann, A.; Rabb, S. A.; Rienitz, O.; Sasso, C.; Stock, M.; Vocke Jr, R. D.; Waseda, A.; Wundrack, S.; Zakel, S.; Metrologia (2015)

Opens external link in new windowPositioning errors in coherence scanning interferometers: determination of measurement uncertainties with novel calibration artifacts
Boedecker, S.; Rembe, C.; Krüger-Sehm, R.; Felgner, A.; Fringe 2013: 7th International Workshop on Advanced Optical Imaging and Metrology (2014)    

Opens external link in new windowModelling and simulating scanning force microscopes for estimating measurement uncertainty: a virtual scanning force microscope
Xu, M., Dziomba, T., Koenders, L.,, Measurement Science and Technology 22 (2011) 094004

Opens external link in new windowThe European nanometrology landscape
Leach, R.; Boyd, R.; Burke, T.; Danzebrink, H.-U.; Dirscherl, K.; Dziomba, T.; Gee, M.; Koenders, L.; Morazzani, V.; Pidduck, A.; Roy, D.; Unger, W. E. S.; Yacoot, A.; Nanotechnology 22 (2011)  062001, doi:10.1088/0957-4484/22/6/062001

Opens external link in new windowAspects of scanning force microscope probes and their effects on dimensional measurement
Yacoot, A., Koenders, L., Journal of Physics D: Applied Physics, V41 (2008) 103001

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