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Verbindung von Rastertunnelmikroskop und Röntgeninterferometer

In einem Messaufbau wurden ein Rastertunnelmikroskop (als das eigentliche Messinstrument) und ein Röntgeninterferometer (als Längenstandard) kombiniert. Mit einer solchen Apparatur können Normale selbst mit lateralen Strukturen atomarer Ausdehnung sehr genau kalibriert werden.

Pyramidenartige Vertiefungen in einer 2D100-Probe (Firma Nanosensors), die mit der neuen Messgeräte-Kombination aufgenommen wurden.

In der Nanotechnologie werden atomare Strukturen üblicherweise mit einem hochauflösenden Rastertunnelmikroskop untersucht. Auch in dem neuen Messaufbau dient ein Rastertunnelmikroskop dazu, die Topograhie der Probenoberfläche zu erfassen. Als hochpräziser Verschiebetisch wird ein (in der PTB hergestelltes) Röntgeninterferometer aus versetzungsfreiem, einkristallinem Silicium eingesetzt. Damit werden die Proben in periodischen Schritten von 0,192 nm (dem Abstand der Silicium-(220)-Ebenen) bewegt.

Dieser Abstand ist seit einigen Jahren sehr genau auf die SI-Basiseinheit Meter rückgeführt. Ein weiterer Vorteil der Konstruktion: Die periodische Abfolge der atomaren Ebenen ist frei von Nichtlinearitäten, die (zum Beispiel bei einem Laserinterferometer) zu berücksichtigen sind, wenn man Strukturen mit Ausdehnungen von Bruchteilen der optischen Wellenlänge messen will.

Der experimentelle Aufbau in der PTB zeigt eine äußerst gute Stabilität und damit auch eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Erste Untersuchungen wurden an einem zweidimensionalen Gitter mit mehreren in die Oberfläche geätzten kleinen Gruben durchgeführt, deren nomineller lateraler Abstand 100 nm betrug (einem so genannten 2D100-Gitter). Für diesen Abstand lieferte die Kalibrierung mit dem Silicium-Gittermaßstab über einen Messweg von 0,8 µm einen Wert von (100,12 ± 0,36) nm.

Aufgrund dieser Studien, die die PTB zusammen mit dem National Physical Laboratory (NPL), Teddington, U. K., durchgeführt hat, ist der Aufbau eines ständigen Messplatzes in der PTB geplant.

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