
Forschung/Entwicklung
Innovative Tastsensoren
- Piezoresistive Si-Mikrotaster für schnelle Rauheitsmessungen in Düsen und Bohrungen mit Durchmessern kleiner 100 µm (Profilscanner für Strukturen mit großem Aspektverhältnis) [1].
EMPIR-Projekt Micro probes
- Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme (MEMS) mit denen kleine Auslenkungen und Kräfte im Nanobereich gemessen werden können [2]. Anwendungsbereiche: schnelle Oberflächenmessung [3], oberflächennahe Messung von E-Modul und Härte [4] und Kalibrierung der Steifigkeit von AFM-Cantilevern [5]
- Rückgeführtes, linear luftgelagertes Tastsystem (Lupo), das Antastkräfte im Bereich von 50 µN bis 700 µN erlaubt (taktiles Referenzmessgerät HRTS [6]).
Bei weichen Materialien ist für die Bestimmung von geometrischen Größen mittels taktiler Verfahren ein besonderes Augenmerk auf die Tastspitzenform und die Tastkräfte in Verbindung mit den Materialeigenschaften zu richten [7], [8].
Referenznormale zur Kalibrierung der Antastkraft, des Spitzenradius und der z-Messachse
- Si-Mäander-Referenzfedersensoren [9], [10] zur Kalibrierung der Antastkraft von Koordinatenmessgeräten, Nanoindentern und AFM
- MEMS-Doppelfedersensoren zur Kalibrierung der Antastkraft und Auslenkung von Tastschnittgeräten, Nanoindentern und AFM [11]
- Tastspitzenprüfnormal für die Kalibrierung des Radius und der 2D-Form von Diamanttastspitzen konventioneller Tastschnittgeräte und von speziellen Silizium-Tastspitzen (
Flyer_Tastspitzenprüfnormal_PTB_2017) [12]
- diamantgedrehte Tiefeneinstellnormale für optische und taktile Oberflächenmessgeräte
- Tiefeneinstellnormale bis 5 mm Rillentiefe mit optischer Oberflächenqualität
- aufgerauhte Tiefeneinstellnormale für optische Messgeräte
- periodische Tiefeneinstellnormale für Sonderanwendungen
Nanoindentationstechnik mit MEMS-Sensoren
- Entwicklung von MEMS-Aktoren mit kapazitiver Wegmessung [4]
- Entwicklung eines Picoindenters für obenflächennahe Härte- und E-Modulmessungen
- Entwicklung einer Cantileverklemmvorrichtung für MEMS im Rahmen des EMPIR Projektes „Metrology for length-scale engineering of materials“ (StrengthABLE) Abteilungs-News:
MEMS Picoindenter with exchangeable AFM cantilever as an indenter for micro- and nanomaterials.
Tastspitzen- und Indenter-Radien- und Formmessung
- Verfahren zur Ermittlung des Radius und der Form von sphärischen Tastspitzen (konfokale Mikroskopie, Referenzkugeln, Gitterstrukturen, Rechteckrillen, scharfkantige Diamantkanten, Tastspitzen-Prüfnormale, 3D-Elektronenmikroskopie, metrologische AFM, Referenzmaterialien)
- Messverfahren und Algorithmen zur Bestimmung der Kontaktfläche (Flächenfunktion) von Indentern
- Kalibrierverfahren für Mikro-Radiennormale
Nanokraft
- Aufbau, Inbetriebnahme und Betrieb der Nanokraftnormalmesseinrichtung (NKNM) [13]. Die NKNM ist gleichzeitig Kraftsensor und Kraftaktor mit Rückführung auf das SI-System. Es können Kräfte ≤ 10 µN mit 0,1 pN Auflösung und einer relativen Unsicherheit von 10-3 bei 1 nN gemessen werden [14].
Kraft-Messbereich (Fm): 0,1 pN ≤ Fm < 10 µN
Unsicherheit: 10-3 bei 1 nN
Steifigkeitsbereich (k): 10-6 N/m - 10 N/m
Angestrebte Unsicherheit: 10-3 bei k = 10-3 N/m
Wichtigster Kraftbereich: 1 pN – 100 nN - DFG-Vorhaben „Untersuchung der lichtinduzierten Anziehungskraft zwischen zwei Metallkörpern im Subwellenlängenabstand“ [15], [16]
Dienstleistungen
Die Arbeitsgruppe kalibriert:
• Radiennormale mit R ≤ 20 µm
• Antastkraftnormale für Tastschnittgeräte
• Kraft-Weg-Normale für Martenshärtemessgeräte und Nanoindenter
• Cantilever und Referenz-Cantilever für Rasterkraftmikroskope
• Tiefen-Einstellnormale für Messbereiche von 10 µm bis 5 mm
• Mikro- und Nanokraftsensoren
• Eindringkörper für Härtemessungen
Informationen
Nanokraft
Geräte und Aufbauten
Referenz-Tastschnittgerät (HRTS)
| Kurzbezeichnung
Prinzip
Erweiterte Messunsicherheit (k = 2)
Messbereich | HRTS
luftgeführter Taster mit variabler Antastkraft (100 µN – 700 µN) und interferometrischer Auslenkungsmessung
6 nm (2D) 33 nm (3D) 35 nm (Radius) 50 x 50 mm² x |
Profilscanner
| Kurzbezeichnung
Prinzip
Erweiterte Messunsicherheit
Messbereich | Profilscanner
Piezoresisitiver Si-Mikrotaster mit geregelter Antastkraft (Fmin = 1 µN) und interferometrischer Positionsmessung
10 nm (3D)
800 x 800 x 250 µm³ |
Mikrokraftmesseinrichtung
| Kurzbezeichnung
Prinzip
Erweiterte Messunsicherheit Messbereich | MKME
Steifigkeitsmesseinrichtung mit Kompensationswaage und Nanopositionierer
4 % (Steifigkeit) 3,5 % (Auslenkung) 3 % (Kraft) Maximum: 500 mN, 90 µm Minimum: 50 nN, 50 nm |
Cantilever-Steifigkeitsmesseinrichtung
Kurzbezeichnung
Prinzip
Erweiterte Messunsicherheit
Messbereich | kMEMS
MEMS-Referenzfeder-Aktor
5 % (Steifigkeit)
0,01 N/m < Steifigkeiten< 300 N/m |
Interferometeraufbau für die Charakterisierung von Verschiebetischen
Kurzbezeichnung
Prinzip
Erweiterte Messunsicherheit
Auflösung
Messbereich | Downs-Interferometer
Jamin-Interferometer
12,5 pm
10 µm |
Tastschnittgerät Tencor P17
Oberflächenmessgerät Mahr LD120
| Kurzbezeichnung Prinzip
Erweiterte Messunsicherheit Messbereich | Mahr LD120 Tastschnittgerät mit variabler Antastkraft (0,5 – 5 mN) und interferenz-optischer Auslenkungsmessung (22 + d in mm) nm (z)
120 x 50 x 12 mm3 |
Nanoindenter Hysitron TI950
Kurzbezeichnung
Prinzip
Erweiterte Messunsicherheit
Messbereich | TI950
Instrumentierte Eindringprüfung 2 % (Kraft) 2 % (Eindringtiefe) 2 % (Steifigkeit) F: 1 µN…10 mN |