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Mikrowellen Nanoskopie und Nanorobotik

Die Forschung und Entwicklung in der Mikro- und Nanoelektronik benötigt Werkzeuge, die es ermöglichen, Materialien auf der Nanoskala zu vermessen, zu manipulieren und zu transportieren (Stichwort: "Beyond CMOS"). Ein wesentlicher Teil auf dem Weg dahin ist das Abbilden und Charakterisieren der elektrischen und dielektrischen Eigenschaften im Höchstfrequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums. Mit unserem nanorobotischen Ansatz arbeiten wir an Meßtechniken und -instrumenten im GHz-Bereich.

Nahfeldmesstechnik im Submikrometerbereich

Das selbstentwickelte Rastermikrowellen-Mikroskop ist in einem Rasterelektronenmikroskop integriert (SEM2). Diese neuartige Technologie bildet die Basis des angestrebten "Nanorobotic Microwave Probing and Manipulating System (NMPMS)" zum In-line Testen von u.a. nanoelektronischen und/oder heterogenen 3D-nanoskaligen Objekten auf Wafer-Ebene. Eine exakte Positionierung einer Feldprobe (Nahfeld oder auch in Kontakt), welche die sog. Region-of-Interest abrastert, ist notwendig, um hohe Wiederholgenauigkeiten der Messungen im Höchstfrequenzbereich zu erreichen. Die Implementierung des NMPMS erfordert desweiteren neue Automations- und Kalibriermethoden mit denen wir uns auch befassen.

Kontakt: Dr.-Ing. Olaf C. Hänßler, Ph.D.

Elektrische Kontaktmesstechniken im Submikrometerbereich

In diesem Bereich werden verschiedene Techniken untersucht, um Kontaktmesstechnik im Submikrometerbereich genauer und zuverlässiger durchzuführen. Dabei ist der Einsatz von automatisierbaren, robotischen Feinpositionieranlagen unerlässlich. Diese werden in Kombination mit hochauflösender Mikroskopie zur Untersuchung und Weiterentwicklung verschiedener Techniken eingesetzt:

  • Entwicklung eines Kontakt-Probing-Setups
    • Zur Unterstützung von HF- und DC-Messtechniken
    • für Anwendungen im Hochvakuum (REM-Kammer)
    • hochgenaue Positionierung von min. 2 Probes in 6 Freiheitsgraden zum Substrat
  • Untersuchungen zur Optimierung des Probing-Prozesses, u.a.
    • Automation des Probingprozesses
    • Elektrischen Kontaktwiderstand konstant halten und Minimierung von Verschleiß
    • „Self-sensing“ Probes
  • Untersuchung von Fehlerquellen während des Probing-Prozesses und von Techniken zur Minimierung derselben (systematische Fehler, Fehler durch Falschausrichtung, ….

Kontakt: M.Sc. Fabian von Kleist-Retzow

Steuerung und Informationsverarbeitung

Zur Aufnahme, Vermessung und Verarbeitung der anfallenden Daten werden zunehmend leistungsstarke Hardware und Software Lösungen benötigt. Durch eine hohe Anzahl an Sensoren sowie das Bedürfnis verschiedenste Messgeräte miteinander zu kombinieren, wird die Synchronisation verschiedenster elektronischer Komponenten immer wichtiger.
Hierfür entwickelt die Gruppe eigenständige Lösungen basierend auf Hard- und Software. Häufig sind die zeitliche Anforderung an die Hardware so groß, dass eingebettete Systeme auf Basis von Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) mit leistungsstarken Co-Prozessoren zum Einsatz kommen. Diese können in einer hohen Geschwindigkeit die anfallenden Daten verarbeiten. Dies wird dadurch erreicht, dass Teile dieser Verarbeitungskette als Hardwaremodule modelliert werden. Diese Systeme arbeiten dann direkt auf den Datenstrom der Sensoren oder Messgeräte und können Daten parallel verarbeiten.
Des Weiteren werden häufig verschiedenste Schnittstellen benötigt, um die Kommunikation der Sensoren und Messgeräte zu realisieren. Auch hierfür werden eigenständige Lösungen in der Gruppe entwickelt, wie im Bild zu sehen.

Ein weiteres Feld der Mikrowellen-Nanoskopie ist die Verarbeitung und Bereitstellung der gewonnenen Daten als Messbilder, um Objekte und deren Eigenschaften in Größenordnungen von Mikro- und Nanometern darzustellen. Hier ist neben der Darstellung die weitere Analyse und Verarbeitung der Aufnahmen ein Thema. 
Neben der Aufnahme der Daten, spielen die Aktuation des Rastermikrowellenmikroskops auf Basis verschiedenster Scan-Verfahren eine Rolle.

Kontakt: M.Sc. Markus Wieghaus

Projekte

Aktuelle Projekte

  • Liquid contact probing (LiCoPro), DFG
  • Fusion of Integrated Near-field Optoelectronic Scanning Probe Microscopy with Electron Microscopy (FINOSEM), DAAD, Zusammenarbeit mit NIST, Boulder, CO, USA

Abgeschlossene Projekte

Wichtigste Publikationen

  • F.T. von Kleist-Retzow, O.C. Haenssler, S. Fatikow: “ Manipulation of Liquid Metal Inside an SEM by Taking Advantage of Electromigration“, J Microelectromech Syst, IEEE, 2018, DOI:10.1109/JMEMS.2018.2878320
  • O.C. Haenssler, M.F. Wieghaus, A. Kostopoulos, G. Doundoulakis, E.Aperathitis, S.Fatikow, G.Kiriakidis: “Multimodal microscopy test standard for scanning microwave, electron, force and optical microscopy”, J Microbio Robot, Springer-Nature 2018, DOI:10.1007/s12213-018-0108-z
  • O.C. Haenssler, D. Théron and S. Fatikow: "Multimodal imaging technology by integrated scanning electron, force, and microwave microscopy and its application to study microscaled capacitors", JVST B, 36, 022901, 2018, DOI:10.1116/1.5006161
     
  • G. Sassine, N. Najjari, N. Defrance, O.C. Haenssler, D. Theron, F. Alibart and K. Haddadi: "Memristor device characterization by scanning microwave microscopy", Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS), 2017 Int. Conf. on, Montréal, Canada, 17-21 July, 2017, DOI:10.1109/MARSS.2017.8016537.
  • K. Daffé, G. Dambrine, F.T. von Kleist-Retzow and K. Haddadi: "RF Wafer Probing with Improved Contact Repeatability Using Nanometer Positioning", 87th ARFTG Conference, Measurements for Emerging Communications Technologies, May 27th, San Francisco, CA, USA, 2016, DOI:10.1109/ARFTG.2016.7501967
  • O.C. Haenssler: “Integration of a Scanning Microwave Microscope and a Scanning Electron Microscope: Towards a new instrument to imaging, characterizing and manipulating at the nanoscale”, Proceedings of the 4th 3M-NANO Conference, October 27-31, Taipei, Taiwan, 2014, Invited Speaker, DOI:10.1109/3M-NANO.2014.7057302