• Der Besuch der Grundlagen-Vorlesungen Grundlagen der Messtechnik (GMT) wird empfohlen.

• Unterlagen zur Lehrveranstaltung werden passwortgeschützt auf der Lernplattform StudOn bereitgestellt. Das Passwort wird in der ersten Vorlesung bekannt gegeben.

• Informationen zur Prüfung erhalten Sie unter der zugeordneten UnivIS-Modulbeschreibung (siehe Link unten)

• Prüfungstermine, eine allgemeine Regel der Prüfungstagvergabe und Termine der Klausureinsicht finden Sie auf StudOn: Prüfungstermine und Termine der Klausureinsicht

• Ansprechpartner für organisatorische Fragen: M.Sc. Zhongyuan Sun

• Einführung: Nanotechnologie grundlegende Strategien • Aufgaben der Mikro- und Nanomesstechnik • Herausforderungen • Koordinatensystem, Oberflächen- und Koordinatenmessungen • Allgemeiner Aufbau eines Mikro- und Nanokoordinatenmessgerätes

• Positioniersysteme: Führungen: Aufgaben, Arten (Gleitführungen, aerostatischen und hydrostatische Führungen, Wälzführungen, Federgelenkführungen), mehrachsige Führungssysteme (Seriellkinematik und Parallelkinematik) • elektromagnetische Antriebe: Lorentzkraft, Reluktanzkraft, Transmissionen bzw. Übertragungselemente (kraft- und formgepaart, Zahn- und Reibstangen, Gewinde- und Kugelumlaufspindeln), Direktantriebe (Tachspulantriebe, kommutierte Antriebe, Reluktanzkraftantriebe) • piezoelektrische Antriebe: Piezoeffekt, Arten von Aktoren (Stapel-, Rohr-, Biege- und Scheraktoren), Hubaddition (Prinzipien der Trägheits- und Schreitantriebe) • Gewichtskraftkompensation (Notwendigkeit, Anforderungen, Beispiel mit mechanischen Federn und Getrieben)

• Längenmesssysteme: abbesches Komparatorprinzip, Abweichungen 1.- und 2.-Ordnung • Längenmessung mit Linearencodern, Abtastplatte (Gitter), Ermittlung der Bewegungsrichtung, Ausgangssignale und Demodulation, abbildende und interferentielle Ablesung, Durchlicht und Reflexion • Überlagerung von Wellen: destruktive und konstruktive Interferenz, Voraussetzung der Interferenz von Lichtwellen, Interferenz von Lichtwellen • Homodyn- und Heterodynprinzip, Interferenz am Michelson-Interferometer und Homodyninterferometer, Demodulation, Luftbrechzahl, Totstreckenkorrektur, Demodulationsabweichungen durch Quantisierung, Rauschen, Offset-, Amplituden- und Phasenabweichungen • kapazitive Längenmessung

• Metrologischer Rahmen: metrologischer Rahmen und Strukturrahmen (Anforderungen, Kriterien für Materialauswahl, Ausdehnungskompensation) • Werkstoffe für Metrologierrahmen: Metalle (Stahl, Invar), Naturstein, Polymerbeton und Keramiken (NEXCERA®), Glas (ULE) und Glaskeramiken (Zerodur®, Clearceram®-Z und Astrositall®) • mechanische Spannungen und Kriechen • Gerätekoordinatensystem (bei Geräten mit serieller Metrologie und Parallelmetrology)

• Optische Antastung im Fernfeld: allgemeine Einteilung von Antastverfahren, Antastwechselwirkung und Einflussgrößen • Messmikroskope, numerische Apertur, Auflösungsvermögen • Fokusvariation • Konfokale Mikroskopie, Laser-Rastermikroskop (Prinzip), chromatischer Weißlichtsensor (Prinzip) • Laser-Autofokusverfahren (Prinzip mit astigmatischer Linse und Foucault'sches Schneidenprinzip) • Interferenzmikroskopie (Michelson-, Mireau- und Linnikinterferometer, Auswertung für monochromatisches Licht) • Weißlichtinterferenzmikroskopie (Korrelogramm, Prinzip, Einhüllenden- und Phasenauswertung) • Eigenschaften optische Antastung im Fernfeld

• Elektrische Antastung (Tunnelstrom): Entwicklung der Tunnelstrommessung und Beschreibung des Stromsignals • 3-D-Antastung mit Tunnelstrom • 3-D-Richtungserkennung

• Rasterkraftmikroskope: prinzipielle Funktionsweise • Betriebsarten • Wechselwirkungen und Arbeitsweisen • Contact mode AFM • Tapping Mode AFM • LiftModes (MFM, EFM) • Torsional Resonance und Critical Dimension Atomic Force Microscopy • Methoden zur Messung der Cantilever-Auslenkung (Lichtzeigerprinzip, Faserinterferometer, Fokussensor, Interferometer, piezoresistiv)

• Optische Antastung im Nahfeld und Elektronenmikroskope: Nahfeld • Nahfeldsonden • Rasternahfeldmikroskope • Elektronenmikroskope

• Taktile Antastung: taktile Tastsysteme (Überblick und Anforderungen) • passive und aktive Tastsysteme (Prinzipien, Aufbau und Eigenschaften) • 1-D-Tastsysteme (Richtcharakteristik, Querempfindlichkeit) • Betragstastsysteme (Prinzip, Eigenschaften, Beispiel UMAP) • 2-D-Tastsysteme (Beispiel Fasertaster WFP) • 3-D-Tastsysteme (Anforderungen, Auswirkung Tastelementverkleinerung, Beispiel IBS-NPL Probe System)

• Mikro- und Nanokoordinatenmessgeräte: 3-D-Realisierung des Abbe-Komparatorprinzips • 3-D-Messbefehle (Arbeitsweisen bei Punktmessungen, Open-loop scans, Closed-loop scans, Dodge scans und Free-form scans)

• Hausotte, Tino: Nanopositionier- und Nanomessmaschinen - Geräte für hochpräzise makro- bis nanoskalige Oberflächen- und Koordinatenmessungen. Pro Business Verlag, 2011 - ISBN 978-3-86805-948-9

• Bharat Bhushan (Ed.): Springer Handbook of Nanotechnology, Springer Verlag, ISBN-13: 978-3642025242

• David J. Whitehouse: Handbook of Surface and Nanometrology, Crc Pr Inc., ISBN-13: 978-1420082012

• G. Wilkening (Ed.): Nanoscale Calibration Standards and Methods, WILEY-VCH, ISBN-13: 978-3-527-40502-2

• Wei Gao: Precision Nanometrology, Springer, ISBN-13: 978-1-84996-253-7
  

Internetlinks für weitere Information zum Thema Messtechnik

• Video des VDI: Messtechnik - Unsichtbare Präszision überall

• Multisensor-Koordinatenmesstechnik

• E-Learning Kurs AUKOM Stufe 1

Title:

Micro- and Nanometrology

Prerequisites

• Attendance at the lectures Fundamentals of Metrology (GMT/FoM) is recommended.

• Lecture notes will be available for download on the learning platform StudOn (www.studon.uni-erlangen.de). The password will be disclosed in the first lecture.