Mikrowellen Nanoskopie

Mikrowellen Nanoskopie

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


Abb.: Rastersondenmikroskopietechniken im Frequenzspektrum

In-situ Nahfeldmesstechnik

Das selbstentwickelte laserinterferometer-basierte Rastermikrowellen-Mikroskop ist in einem Rasterelektronenmikroskop integriert (SEM2). Diese Technologie ermöglicht in-situ Messungen an nanoelektronischen und heterogenen nanoskaligen Objekten. 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. Desweiteren befassen wir uns mit entsprechenden Automations- und Kalibriermethoden.

SEM2 Video

Steuerung und Informationsverarbeitung

Zur Aufnahme, Vermessung und Verarbeitung der anfallenden Daten werden leistungsstarke Hardware und Software Lösungen benötigt. Durch eine hohe Anzahl an Sensoren sowie das Bedürfnis verschiedenste Messgeräte miteinander zu kombinieren, ist die Synchronisation verschiedenster elektronischer Komponenten wichtig. Hierfür entwicklen wir Lösungen.
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 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.

Projekte

Aktuelle Projekte

  • "Fast Broadband Scanning Microwave Microscopy", DFG
  • "mm-Wave Dynamic Metasurface Reflectorswith independent Amplitude-Phase Control using electronically-tunable Graphene (MdmReg)", DAAD, Zusammenarebit mit Metamaterials & Antenna Research Squad an Carleton University, Ottawa, Canada (2022-24)

Abgeschlossene Projekte

  • Fusion of Integrated Near-field Optoelectronic Scanning Probe Microscopy with Electron Microscopy (FINOSEM), DAAD, Zusammenarbeit mit NIST, Boulder, CO, USA (2019-21)
  • "Liquid contact probing", DFG
  • "VACSMM for quantitative Characterization of sub-10nm and aF scale Capacitors and Memories" (DFG-ANR), in Zusammenarbeit mit der Micro and Nano Systems Group am CNRS-Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, Lille, Frankreich
  • "Graphene-based Microwave Components", DAAD-PROCOPE , Zusammenarbeit mit dem IEMN / CNRS UMR 8520, Lille, Frankreich
  • "MEMS-based Scanning Microwave Microscope Integration into a Nanorobotic Environment under Vacuum", DAAD, Zusammenarbeit mit dem Centre for Integrated RF Engineering (CIRFE) der University of Waterloo, Kanada (2016-17)
  • "Nanorobotic-assisted Scanning Microwave Microscopy to analyze and manipulate 2D- and Biomaterials", DAAD-MIUR , Zusammenarbeit mit Department of Information Engineering der Università Polytecnica delle Marche, Ancona, Italien (2016-17)
  • "Calibration standard and Nanoautomation of a SMM-in-SEM", DAAD-IKYDA, Zusammenarbeit mit der Micro-/Nanoelectronics Group am Foundation for Research and Technology-Hellas (FORTH-IESL), Iraklio, Griechenland (2015-16)
  • "Extending AFM nanocharacterization capabilities: automated assembly of CNT AFM tips and development of scanning microwave microscopy methods", DAAD-PROCOPE, Zusammenarbeit mit der Gruppe NAM6 am IEMN / CNRS UMR 8520, Lille, Frankreich (2013-14)
(Stand: 04.01.2022)