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Anlage zur Herstellung kristalliner Normale in Betrieb genommen

22.11.2021

Gemäß dem beratenden Komitee für die Länge (CCL) der Internationalen Meterkonvention ist der Gitterparameter des Siliziums als sekundäre Definition der Längeneinheit Meter für die dimensionelle Nanometrologie empfohlen. Darauf basierend ist es möglich, dimensionelle Normale, die durch Ausnutzung von Selbstorganisation hergestellt werden, bereitzustellen. Gerade die Selbstorganisation ermöglicht es, die Kosten bei der Herstellung und vor allen Dingen bei der Verifizierung solcher Normale signifikant zu senken.

Es wurden bereits umfassende Versuche zum Herstellungsprozess unternommen, wodurch die prinzipielle Machbarkeit der Herstellung geeigneter kristalliner Normale belegt wurde. Das nächste Ziel ist es, die kristallinen Normale zur Marktreife zu bringen und somit eine breite Anwendung zu ermöglichen. Bisherige Arbeiten zu diesem Thema wurden mit einer Anlage durchgeführt, welche ursprünglich zu einem anderen Zweck konstruiert wurde. Daher wurde nun eine neue Anlage konstruiert und in Betrieb genommen, deren Hauptanwendung die Herstellung kristalliner Normale ist. Die Anlage ist als modulares System konzipiert, welches aus einzelnen Standard UHV Units (SUU) zusammengesetzt wird. Jedes einzelne dieser Module kann für einen bestimmten Zweck eingesetzt werden, wobei bisher die Probenpräparation mittels Direktstromheizung umgesetzt ist.

Die einzelnen SUU werden soweit möglich aus Standardkomponenten zusammengesetzt, wodurch zum einen eine kostengünstige Konstruktion möglich ist, und zum anderen die notwendige Wartezeit bei Reparaturen sehr kurzgehalten werden kann. Durch die Spezialisierung und die Beschränkung auf einen anstelle von zwei Heizprozessen konnte die Bedienung signifikant vereinfacht werden. Ebenso konnte so bereits eine weitgehende Automatisierung des Herstellungsprozesses erreicht werden, welche eine kurze Einarbeitungszeit in die Prozessdurchführung und eine Anwendung durch weniger erfahrene Mitarbeiter ermöglicht. Mit dieser Vorarbeit wird es nach der Ermittlung der optimalen Prozessparameter möglich sein, den Prozess so zu skalieren, dass gleichzeitig mehrere Normale hergestellt werden können.

Mit der neuen Anlage gelang es bereits, die Geschwindigkeit der Probenpräparation auf bis zu zwei Proben täglich zu verdoppeln. Darüber hinaus war es möglich, bisherige Prozesse bezüglich der Homogenität der Temperaturverteilung auf der Probe zu verbessern, sowie mit der systematischen Optimierung von Prozessparametern zu beginnen.


Abbildung 1: Blick in die Präparationskammer der neuen Anlage. Erkennbar ist der Probenhalter, hier bestückt mit einer eingespannten Siliziumprobe (rot umrandet, Größe 13 mm x 3,2 mm).

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