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Fertigungskette von Si-Kugeln und interferometrische Bestimmung des Kugelvolumens

Fertigungsmesstechnik

Abteilung 5

Nachrichten aus Jahresbericht 2014


In Vorbereitung für die Zeit nach einer Neudefinition des Kilogramms werden bereits jetzt Untersuchungen durchgeführt, die für das Monitoring von Masse-Gebrauchsnormalen auf Basis von Siliziumkugeln erforderlich sind. Mit spektralellipsometrischen Messungen werden dazu die Schichtdickentopografien verschiedener in der PTB hergestellten Siliziumkugeln erfasst und miteinander verglichen, um den...

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Den natürlich oxidierten Oberflächen der Siliziumkugeln im Avogadro-Projekt kommt eine besondere Bedeutung zu – während der Messungen, der Lagerung und dem Transport der Kugeln. Als eine mögliche Alternative wurde in einem Pilotprojekt, zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST), die Atomic Layer Deposition (ALD) untersucht.

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Für die Unsicherheitsanalyse höchstauflösender Interferometrie wurde der Beitrag des hochfrequenten Amplitudenrauschens zur Heydemann-Korrektur erstmalig unter Berücksichtigung aller Korrelationen bestimmt. Für den Fall einer hohen Anzahl von Messpunkten ergibt sich eine einfache, analytische Formel, die eine untere Grenze der erreichbaren Messunsicherheit darstellt und für homodyne und heterodyne...

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In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Kohl an der Universität Münster wurden TEM-Bilder dünner Querschnitte von Nano-Referenzstrukturen, eingebettet in eine Schutzschicht aus z.B. Platin, simuliert. Durch den Vergleich berechneter (Multislice Methode) und gemessener TEM-Bilder kann die Position der Grenzflächen (z.B. Pt – SiO2 und SiO2 – Si) im Bild und damit die Breite einer...

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Interferometrische Absolutmessungen mit Reichweiten über mehrere zehn Meter sind für Steuerungsaufgaben in der Präzisionsfertigung großer Bauteile von hohem Interesse. Im Rahmen eines Forschungsprojektes konnte mit hochauflösender Spektroskopie ein Gaszellennormal im sichtbaren Wellenlängenbereich erfolgreich zur Rückführung einer solchen Messung demonstriert werden. 

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Einem breiteren Einsatz interferometrischer Verfahren in der industriellen Messtechnik steht heute meist die Komplexität und der Preis geeigneter optischer Quellen im Weg. Mit Hilfe von Resonator-gekapselten elektrooptischen Generatoren ist es gelungen, ein interferometrisches Messschema zu realisieren, das mit Unsicherheiten kleiner 15 µm absolute Längen bis zu 10 m bestimmen kann, und sich dabei...

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Ultrapräzisionsinterferometer wurde die thermische Ausdehnung von Siliziumeinkristallen mit exzellenter Reproduzierbarkeit (< 1 × 10-9 /K) und Unsicherheiten < 2,5 × 10-9 /K gemessen. Zum ersten Mal wird zur Bestimmung der thermischen Ausdehnung basierend auf Längenmessungen ein physikalisch motiviertes Fitmodell verwendet, was die Genauigkeit der Ergebnisse entscheidend verbessert.

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Im Rahmen des europäischen Projektes METCO wird die elektro-thermo-mechanische Kopplung in funktionellen Materialien, wie z. B. Piezokeramiken, bei hohen Temperaturen untersucht. Hierzu wurden an der PTB interferometrische Längenmessungen an Piezokeramiken für Temperaturen bis 200 °C durchgeführt, wobei erstmals die Topographie der Längenänderung über einen Probenquerschnitt gemessen werden...

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Zur Untersuchung der spinabhängigen Transportphänomene steht eine Reihe von Messmethoden zur Verfügung, wie z. B. die ferromagnetischer Resonanz (FMR) oder statische Magnetotransportmessungen. Grundlage all dieser Messmethoden ist ein in der Amplitude und Richtung frei variables, externes Magnetfeld. Es wurde ein Messplatz konstruiert und gefertigt, welcher zur Charakterisierung von magnetischen...

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Zur Bestimmung der Fluenz monoenergetischer Neutronen (Time correlated associated particles (TCAP)) in der PTB wurde eine massearme Streukammer entwickelt und gefertigt. Diese soll an der Ionen-Beschleunigeranlage PIAF der PTB betrieben werden.

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Zur Charakterisierung der lateralen Auflösung von Imaging XPS Geräten werden Strukturen genutzt, deren Oberfläche aus verschiedenen Materialien besteht. Zur Vermeidung von Beugungseffektenmüssen die Übergänge zwischen den Materialien absolut topographiefrei sein. Mit Hilfe eines neuartigen Herstellungsprozesses wurden Prototypen eines topographiefreien Normals hergestellt und erfolgreich getestet.

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Thermoelemente sind aufgrund ihrer physikalischen Funktionsweise und der kleinen Bauform gut geeignet für die Bestimmung der Temperaturdifferenz zu einem Platin-Referenzthermometer und der Homogenität der Temperaturverteilung z.B. an Strichmaßstäben oder Endmaßen. Um zu klären, ob eine Kalibrierung der individuellen Thermoelemente bezüglich des Nullpunktes notwendig ist, wurden 32 Exemplare über 6...

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Für Messungen der Breite und des Kantenwinkels von unter-schiedlich breiten Linienstrukturen auf EUV-Masken wurden rückgeführte CD-AFM Messungen und Messungen mit geneigtem AFM-Messkopf durchgeführt sowie mit Messergebnissen der EUV-Scatterometrie verglichen. Die gemessen mittleren Strukturbreiten differieren um 3  nm, für die Kantenwinkel ergeben sich übereinstimmende Werte innerhalb von 2 °.

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Ein von der PTB in 2012 initiierter nationaler Vergleich an dem Großverzahnungsnormal konnte jetzt erfolgreich abgeschlossen werden. Die Teilnehmer: Neun Partner, darunter Messgerätehersteller, Großgetriebekomponenten-Hersteller sowie Kalibrierlaboratorien. 

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In einem MNPQ-Projekt wurden neue Designs für den taktil-optischen 3D Mikrotaster (3D Fasertaster) entwickelt sowie die zugehörigen Einmessverfahren optimiert. Dabei wurden Bi-Kugel-Taster, Taster mit L-förmigem Design sowie Ein-Kugel-Taster mit Tastelementdurchmessern von 25  µm realisiert und erfolgreich getestet. 

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Die Bezugsbildung ist ein wesentlicher Bestandteil der Messung mit 3D-Koordinatenmessgeräten. In der PTB wurde nun eine einheitliche Vorgehensweise bei der Erfassung und Auswertung von Bezügen entwickelt. Die wirtschaftliche und anwendungsorientierte Umsetzung der entwickelten Vorgehensweise wird durch interaktive Softwaremodule und ein Unsicherheitskonzept sichergestellt.

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In der PTB wird eine neue technische Infrastruktur zur Online-Validierung von Auswertealgorithmen aufgebaut. Registrierte Nutzer können für ausgewählte Algorithmen ihre Berechnungsergebnisse durch Vergleich mit Referenzdaten prüfen. Derzeit stehen Referenzdaten aus dem Bereich der Koordinatenmesstechnik für die Validierung zur Verfügung. Das System ist ausbaufähig für andere Metrologiebereiche,...

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Im Rahmen des bilateralen Projekts „Formmessungen auf Koordinatenmessgeräten mit Drehtisch (FoKoDre)“ zwischen Zeiss IMT und der PTB wird der Stand der Technik der Formmesstechnik auf 3D Koordinatenmessgeräten mit Drehtisch untersucht. Die gewonnenen Daten dienen auch zur Aktualisierung bestehender sowie zur Erstellung neuer Normen auf diesem Gebiet.

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