Nachrichten aus Jahresbericht 2010
Grundlagen der Metrologie
Kartographie der Oxidschichtdicke von Siliciumkugeln mit hoher Punktdichte
Ein neues Ellipsometer mit speziellen Anpassungen für die Charakterisierung von Siliciumkugeln im Rahmen des Avogadro-Projekts ermöglicht die komplette Oberfläche mit einem ausreichend dichten Raster von 5.000 und mehr Messpunkten zu messen, um die geforderte Messunsicherheit von u(dox) = 0.1 nm für die Oxidschichtdicke zu erreichen.
Optimierte Selbstkalibrierung des Winkelprimärnormals der PTB
Bei der Selbstkalibrierung des Winkelprimärnormals WMT 220 kamen erstmalig verbesserte Algorithmen zum Einsatz, welche bei der Bestimmung des Fourierspektrums der Winkelabweichungen des Normals Verfahren zur optimalen Gewichtung berücksichtigen. Damit konnte die Auswirkung zufälliger Messfehler gegenüber den bisherigen Algorithmen nahezu um den Faktor 3 reduziert werden.
Langzeitstabilität der Nano3 Quarz-Strichmaßstäbe
Die für die Nano3 Vergleichsmessung gefertigten 280 mm Strichmaßstäbe wurden über die letzten fünf Jahre regelmäßig gemessen. Innerhalb einer Reproduzierbarkeit von +/- 2 nm können keine Alterungseffekte festgestellt werden.
Realisierung kantensensitiver AFM-Messverfahren durch Einzelpunktantastung
Es wurde ein Verfahren zum Abtasten von Strukturkanten mittels Einzelpunktantastung mit Kraftmikroskopen erprobt. Wesen dieser Strategie ist, die Sonde aus zur lokalen Oberflächenneigung optimalen Richtung antasten zu lassen. Dies liefert die Möglichkeit, Steigung und Verrundung von Kantenübergängen an Nanostrukturen zu ermitteln.
Messung der Testmassen für das MICROSCOPE Experiment
Für das Weltraumprojekt „Microscope“ sind in der PTB hochpräzise Testmassen hergestellt worden. Hierbei handelt es sich um Hohlzylinder aus Platin-Rhodium und Titan, deren geometrische Gestalt nur sehr kleine Toleranzabweichungen von einer Nennform aufweisen dürfen.
Absolute Kugelradiustopografien zur Formbestimmung von sphärischen Maßverkörperungen
In der PTB wurde beim Kugelinterferometer ein Verfahren implementiert, die absolute Form einer Kugel - also eine Radiustopografie - zu rekonstruieren. Damit lassen sich nunmehr nicht nur die bei herkömmlichen Rundheitsmessungen ermittelten relativen Formabweichungen, sondern auch die absoluten Radien bis auf wenige Nanometer genau angeben.
Prototyp eines beidseitig antastenden Interferometers erfolgreich aufgebaut
Es wurde ein Prototyp für ein beidseitig antastendes Interferometer aufgebaut, um die Länge von Maßverkörperungen beidseitig, d.h. ohne Ansprengung einer Endplatte, höchstgenau zu messen. Dieses dient als Vorstufe für ein Interferometer, welches die einzigartigen Vorteile der vorhandenen Präzisionsinterferometer mit der beidseitigen Antastung verbindet.
Spektroskopische Inline-Messung der relativen Luftfeuchte zur präzisen Längenmessung
Im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes „Absolute long distance measurements in air“ wurde an der PTB ein Spektroskopie-basiertes Verfahren entwickelt, mit dem entlang und in dem Strahl eines optischen Entfernungsmessers die relative Luftfeuchtigkeit mit einer Unsicherheit von 4% bestimmt werden kann.
Absolutinterferometrie für geodätische Längen
Ziel des europäischen Forschungsprojekts „Absolute long distance measurement in air“ ist es, eine rückführbare Längenmessung auf Distanzen bis zu 1 km im Freien mit einer Messunsicherheit von 0,1 mm zu erreichen.
Konstruktion und Fertigung eines Neigungssensors zur Stabilisierung des Tisches für das neue Nanokraft-Primärnormal
Für die Nanokraftmesseinrichtung der PTB wurde ein Neigungssensor entwickelt und gefertigt, der auf kapazitivem Weg die Neigung eines optischen Tisches in 2 Achsen mit einer Auflösung von wenigen Pikorad misst.
Metrologie für die Wirtschaft
Zwei neue Mikrotasterdesigns für µ-KMG’s
Zwei neue Designs für 3D-Boss-Mikrotaster wurden entwickelt und mittels FEM-Simulationen hinsichtlich geringerer Biegesteifigkeit und Erhöhung der Empfindlichkeit optimiert. Erste Prototypen wurden mit Silizium Trocken- und Nassätztechnik hergestellt.
Erweiterte Nutzung von Tiefeneinstellnormalen für optische Oberflächenmessverfahren
In einer Kooperation wurden Tiefeneinstellnormale für die Rauheitsmesstechnik gezielt aufgeraut. Durch die erreichte Feinstruktur (Sz = 50 nm) können diese Normale noch mit Interferenzmikroskopen kalibriert werden und zur Kalibrierung anderer optischer Mikroskope benutzt werden.
Verbesserte Steifigkeitsmessungen von Cantileversensoren mit neuer Messkammer
In der PTB ist eine Messkammer für eine Mikrokraftkalibriereinrichtung aufgebaut worden, in der die Umweltbedingungen Temperatur, Luftdruck und –feuchte gut eingestellt und konstant gehalten werden können. Dies ermöglicht neben der Untersuchung der Empfindlichkeit von Waagen in Bezug auf Luftdruck und –feuchte auch genauere Kalibrierungen von Cantilevern.
Anwendung des virtuellen Rastersondenmikroskopes auf ein kommerzielles Messgerät
Für die Bestimmung der Messunsicherheit von komplexen Messaufgaben an 3D-Strukturen mit dem Rastersondenmikroskop ist ein softwarebasiertes Verfahren, das Virtuelle Rastersondenmikroskop, entwickelt worden. Dies ermöglicht es, Eigenschaften des Messgerätes, der Antastsonde und der Umgebung zu berücksichtigen, um deren Einfluss auf die Messgröße abschätzen zu können. Dieses Verfahren wurde nun erstmalig an einem kommerziell verfügbaren Rastersondenmikroskop erprobt.
Flächenbestimmung von Nanostrukturen im Raster-Elektronenmikroskop
Für rasterelektronenmikroskopische Flächenmessungen an Nanostrukturen wurde ein neuer Auswerte-Algorithmus entwickelt, der auf der physikalischen Modellierung der Bildentstehung im Raster-Elektronenmikroskop basiert und auch die Form und Position von komplexen Probenstrukturen bestimmen kann.
Sensorsystem mit neuartiger Stylus-Sonde für Mikro-/Nano-Koordinatenmessgeräte und Rasterkraftmikroskope
Eine Stylus-Sonde wird von einem Piezoelement in Längseigenschwingung versetzt und ist als dynamischer Taster in Rasterkraftmikroskopen und Mikrokoordinatenmessgeräten einsetzbar. Das Sensorsystem ist mit einem Mikroskopobjektiv kombinierbar und erlaubt auf diese Weise gleichzeitig hoch auflösende taktile sowie optische Untersuchungen der Oberfläche. Weiterhin vereinfacht die Nutzung des „self-sensing“-Prinzips die direkte Messung der Sondenschwingung und ermöglicht eine Miniaturisierung der Sonde.
Metrologie für neue Messtechniken an großen Bauteilen
Im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes „Metrology for New Industrial Measurement Technologies“ (NIMTech) arbeitet die PTB mit vier weiteren europäischen Metrologieinstituten zusammen, um Fragen der Rückführung von neuartigen Messsystemen, wie z. B. Laserscannern, Indoor-GPS, hochgenaue 3D-Interferometrie, die direkt im Fertigungsumfeld mobil und flexibel zum Messen großer Strukturen – bis mehreren zehn Metern - eingesetzt werden, zu klären.
Vollständige und berührungslose Mikroverzahnungsmessung mittels Computertomographie
Vergleiche von Messungen mittels Computertomographie (CT) und taktilen Antastverfahren an Mikroverzahnungen ergaben nur sehr geringe Abweichungen im Mikrometerbereich. Die Ergebnisse zeigen, dass CT Geometrien von Außen- und Innenverzahnungen im Mikrobereich für industrielle Zwecke vollständig, berührungsfrei und hinreichend genau erfassen können.
Formmessungen an dünnen Zylindern mittels Mehrwellenlängeninterferometrie
Ein neuartiges interferometrisches Messverfahren mit Anwendung von drei unterschiedlichen Wellenlängen wurde zur berührungslosen, nicht-scannenden Formmessung an dünnen Zylindern eingesetzt.
Metrologie für die Gesellschaft
Möglichkeiten zur Optimierung von Oberflächen durch Elektropolieren
Es wird über Untersuchungen zur Oberflächenoptimierung mittels Elektropolieren berichtet und die erzielten Ergebnisse werden am Beispiel der Reinstwasserleitfähigkeitsmesszelle aufgezeigt.
Neuer Messaufbau für die Bauartprüfung technischer Röntgenstrahler
Für die Bauartprüfung technischer Röntgenstrahler wurde ein neuer, mobiler Messaufbau für den Einsatz vor Ort bei Herstellern solcher Anlagen entwickelt. Mit dem Messaufbau wird das Umfeld eines Röntgenstrahlers in einem Kugelradius von einem Meter zum Brennfleck auf Einhaltung der zulässigen Strahlungsintensität überprüft.
© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-12-16,
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