Metrología en Nanotecnología

Nanotecnología
y
Metrología a Nanoescala
G. Dai, H.-U. Danzebrink, T. Dziomba,
K. Herrmann, M. Xu,
A. Kranzmann2, M. Ritter2, M. Senoner2
y L. Koenders
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Alemania2
Bundesanstalt für Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Alemania
Richard Feynman – el „Padre“ de la nanotecnología
1959 – „Hay mucho sitio en el fondo “
•Miniaturización facilita nuevas funcionalidades
• La conquista del nano cosmos para aplicaciones técnicas
Nano es GRANDE en la literatura popular
Nano está en todas partes
(but the servings are only micro.)
http://www.livescience.com/nanotechnology/
Un viaje al „nano cosmos“
Un viaje al „nano cosmos“
Hormiga y láser diodo (VCSEL)
El ojo de una mosca a escala
micrométrica
ADN a escala nanométrica
Las tres propiedades principales del nano mundo
Comportamiento
mecánico-cuántico
Superficie
aumentada
Reconocimiento
molecular
„Nueva“ física técnica
„Nuevos“ procesos
químicos
„Nuevas“aplicaciones
biológicas
Mediante cambios en
Mediante combinación
con
Mediante cambios en
• color, transparencia
• dureza
• magnetismo
• conductividad eléctrica
• punto de reunión y
ebullición
• reactividad química
• rendimiento catalítico
• autoorganización
• reparabilidad
• adaptabilidad
• reconocimiento
Tareas a nanoescala
Cuantificación
Información
química &
(alguna)
información lateral
Información
química
Resolución alta,
pero difícil de cuantificar
SIMS
SNMS
XPS
SFM
Dimensión
&
Localization
Localización
Alta resolución lateral &
información “química” basada en fuerzas
La evolución de la nanotecnología
Tamaño de la
estructura
riz
tu
ia
in
M
Biología
„NUEVOS“
MERCADOS
NANO
Fun
cio
nal
ida
d
n
ió
ac
MICRO
MACRO
Tecnologías físicas
Química
ación
x
e
l
p
Com
Investigación & Desarrollo (I&D) eje temporal / año
Trazabilidad a las unidades SI
Superficies autodepuradoras
Autodepuradoras
de a
o
l
p
ez
l
m
a
Eje atur
n
la
Polvo sobre una
gota de agua
Extremamente menos
contacto
Estructura de
la superficie de
una hoja
Hoja de loto
Es
fab truct
u
po ricad ras
as
ho r el
mb
re
Autodepuración de una
superficie cubierta de hollín
Superficies ultra-lisas
Ejemplos del campo de la óptica y de la electrónica
• Superficies ópticas (lentes, prismas etc.)
• Aparatos para litografía ultravioleta extrema (EUVL)
• Obleas ultra-lisas para chips de silicio
• Nanoestructuras
• Ciencia del espacio
Capas antireflectoras
Vidrio antireflector con capa porosa
Poros a nanoescala
(diámetro menos de λ/20)
Hojo de una polilla mirado por un
Microscopio Electrónico de Barrido (SEM )
Tamaño de la estructura 250 nm
Quelle: Volkswagen AG - Forschung, Umwelt und Verkehr
Bilder: Fraunhofer Gesellschaft - Institute für Silikatforschung (ISC, Würzburg) und für Solare Energiesysteme (ISE, Freiburg)
Universität Ulm, Sektion Elektronenmikroskopie
Nueva funcionalidad mediante nanotecnología
Protección contra fuego con nano partículas
Llenado protector para cristales
Espejo con capa nano
anti-empaño
Superficies resistentes al desgaste
Vidrio plástico sin y con capa nano después de un ensayo de la
dureza del rayado
Protector transparente contra suciedad
Capas transparentes con
nano partículas especiales
Propiedades:
• aumentan la resistencia
contra razguños y desgaste
• reducen la adhesión de
suciedad
• efecto limpiador casi
perfecto en ventanas por la
acción de lluvia
Nanotecnología empleada hoy para coches
capa antireflexivo (instrumentos
combinados)
color dependiente del ángulo
acristalamiento
termoreflectante
lacas resistentes
a rasguños
metalización de
reflectores
capa
resistente
a rasguños
(partes de
plástico)
carbon black
superficies hidrófobos
retrovisores
electrocrómicos
Fuente: Volkswagen AG - Investigación, ambiente y tráfico
Nanotecnología empleada para coches en el futuro
de materia colorante
transparencia cambiable
"Privacy"
cristales electrocrómicos
componentes de
agregado pobres en
lubicante
colores cambiables
superficies autolimpiables
con "efecto loto"
materiales y superficies autolimpiables
Quelle: Volkswagen AG - Forschung, Umwelt und Verkehr
Esferas bucky & nanotubos
C60 "Fullereno"
C Nanotubos (CNT)
diámetro: pared individual ~ 0.4 nm y
paredes múltiples hasta ~ 50 nm
longitud: hasta un par de micrómetros
Propiedades:
• Dureza: 2000 x diamante
• Resistencia a la compresión: 2 x kevla
• Resistencia a la tracción : 10 x acero
• Alta conductividad eléctrica
Aplicación potencial:
• Electrónica CNT
• Displays de emisiones de campos
• Actuadores
• Materiales compósitos
Mapa de materiales Meta - CNT
Fuente:Mapa de matriales „Nanomateriales“ – Futuros desarrollos y aplicaciones, VDI Centro de Tecnología , Düsseldorf, 2009
Propiedades de nano partículas de diferentes tamaños
Nano partículas son cristales
diminutos:
Cuánto más pequeños, tanto más
se comportan como una molécula.
1.5 nm
Esquemático de una nano partícula CdTe
con cáscara estabilizante.
4.0 nm
Foto-catálisis con nano partículas de TiO2
Función de las nano partículas:
• absorben luz ultravioleta
• parten agua (H2O) en radicales OH y forman peróxido de hidrógeno
con oxígeno del aire
Efecto:
bactericido, desinfectante
Campos de aplicación:
Autolimpieza
Salas de operaciones
Hospitales
...
Rhodopsin bacteriológico como un material multifuncional
Rhodopsin bacteriológico es una
macromolécula biológica con
propiedades ópticas interesantes
que pueden ser
optimizadas mediante la nanobiotecnología para diversas
finalidades.
Posibles aplicaciones:
• cámaras holográficas para el
ensayo de materiales
• sistemas de seguridad ópticos
• Sensores ópticos/quimicos
(reemplazo de retina)
• Soportes ópticos de
grabación
Nueva terapia de cáncer con nano partículas de óxido de hierro
modificadas
Principio de aplicación:
• nano partículas especiales de óxido de
hierro son sobrecalentadas en células de
cáncer por un campo magnético externo
(hipertermia de campo magnético) y matan
a las células de cáncer a causa de su
cáscara que fue modificada biomolecularmente, las nano partíclas son absorbidas
específicamente por las células de cáncer
Absorción específica de partículas:
1.La cultura de células de un tumor cerebral
no absorbe bien nano partículas de óxido
de hierro con una cáscara de azúcar (el
citoplasma mantiene el color claro)
2.Las áreas oscuras en la misma cultura de
células muestran que las células de cáncer
absorben nano partículas con cáscaras
modificadas mediante nanobiotecnología
Nano biotecnología
Neurona
Estructura de semiconductores de silicio
Impulsos de nervios en forma de señales electrónicas
1era generación: nanoestructuras pasivas
a.
Nanoestructuras dispersas y de contacto. Ex. areosoles, coloides
b.
Productos que contienen nanoestructuras. Ex. capas, nano partículas, composites
reforzados, metales con nanoestructura, polímeros, cerámica
~ 2000
1er marco
Cuatro generaciones de nanotecnología
~ 2005
a.
Efectos bio-activos en la salud. Ex. Medicamentos seleccionados, bioequipos
b.
Activo físico-quimico. Ex. 3D transistores, amplificadores, actuadores,
capas adaptivos de estructuras
3era generación: Sistemas de nanosistemas
~ 2010
Ex. Montaje guiada, 3D networking y nuevas arquitecturas
jerárquicas, robótica, evolucionario
4a generación: nanosistemas moleculares
Ex. Aparatos moleculares „diseñados“; diseño
atómico, funciones emergentes
Dominio de riesgos marco 2
2a generación: nanoestructuras activas
~ 2015 - 2025
Fuente: NMP EXPERT ADVISORY GROUP (EAG) POSITION PAPER ON FUTURE RTD ACTIVITIES OF NMP FOR THE PERIOD 2010 – 2015, Nov. 2009
Porqué empezó la nanotecnología tan tarde?
Sóla las cosas que podemos MEDIR podemos investigadar, modificar, manipular
Cómo se puede imaginar estructuras
a nanoescala e incluso a escala de sub-nanómetros?
•
1982 Binnig & Rohrer (IBM, Rüschlikon, Suiza)
inventan el "Microscopio de Efecto Túnel" (STM)
...requiere que la sonda y la muestra sean conductivas
•
Premio Nobel 1986
Desde entonces:
se ha desarrollado toda una familia de "Microscopios de Sonda de Barrido"
(SPM)!
...principio común: utilización de la interacción ultra-local sonda-muestra
•
El tipo más importante de SPM:
"Microscopia de la Fuerza" (SFM), "Microscopia Atómico de la Fuerza" (AFM)
...se basa en fuerzas interatómicas e intermoleculares
...ventaja: condiciones ambientales, no necesita sondas/muestras conductivas
COOMET Young Metrologists Competition, Kharkiv, Ukraine, June 19th/20th, 2007
T. Dziomba
Microscopio óptico & microscopio de sonda de barrido –
una comparación
Microscopia óptica convencional
Microscopia de sonda de barrido
Límite de difracción:
Interacción de corto alcance:
Estructuras considerablemente más pequeñas
pueden ser dissueltas
Estructuras más pequeñas que media longitud
de onda luminosa ≤ λ/2
no son dissueltas
Mirando átomos
Microscopia de iones en campo con sonda atómica
1951 E. W. Müller microscopia de iones en campo con sonda atómica
En este micrógrafo de iones
en campo de un composite
intermetálico de níquelmolibdenio (Ni4Mo), cada
punto es un átomo individual.
Mirando átomos
Microscopia Electrónica de Transmisión 1931 M. Knoll, E. Ruska
1er SEM y concepto de TEM
1938 A. Prebus, J. Hillier 1938 1er TEM
Espacio real
Imagen TEM en una heteroestructura de GaAlAs/GaAs
Microscopio de Efecto Túnel
1982 Binnig y Rohrer
1986 Premio Nobel Binnig, Rohrer & Ruska
Mirando átomos
Microscopia de efecto túnel
Principios de funcionamiento del STM
Mirando átomos
Microscopia de efecto túnel
Topografía STM - pasos de silicio y primer imagen de la reconstrucción 7x7 de la
superficie de Si(111) (Binnig y Rohrer 1982)
Superficie de silicio (111) 7x7
Silicio(111) 7x7, 20 nm x 10 nm
Ust =-2 V,
It = 1 nA
Átomos
de superficie
individuales
~0.05nm
0,2
nm
0,
1
Height oder
charge
density?
Superficie de silicio (001) 2x1
Si(001) 2x1: Scan 20 nm x 20 nm
Pasos atómicos simples 0.135nm
Microscopia de Fuerza
Microscopia de Fuerza
Contacto
Modo no contacto/tapping
Radio de la punta ~ 0.002 ... 0.020 µm
Fuerza ~ 0.01 nN ... 10 nN
Muestra: casi todo tipo de muestra
Volumen del equipo ~ 200mm x 200 mm x 100 mm
Volumen de medición ~ 100 µm x 100 µm x 10 µm
Brazo saliente SFM
Parámetros geométricos
Rigidez kz, ky,kyT
Frecuencia de resonancia f 0
Factor Q
SFM - „brazo saliente" y puntas
Electron Beam Deposited
0
Si;puntas
tetraeder
tip (~ 35 )
Brazocantilever
saliente de silicio con
tetragedónas
Si; beam
Crecido en SEM
Si; Focussed Ion Beam
Si; super sharp (~20
)
Puntas
“afiladas"
sharpened (~ 10 )
0
0
100 nm
Nanotubos de carbón
Nanotubo (CNT) al final de
una punta normal de Si:
diámetro de la punta ~ 12 nm
0
Si NBrazo
; triangular
cantilever
... with de
pyramidal
tip (~100
saliente
con punta piramidal
silicio-nitrito
en )
forma triangular
3
4
Sistemas de escaneo
„Convencional - C“
„Circuito cerrado - B“
„Referencia - A“
(„SFM Metrología“)
Z
X
piezo tube
electrodes
strain gages
X, Y raster signal
Z control signal
x, y señal de barrido
(raster signal) =
posición x,y
señal de control =
posición z
Sensores de posición
(bandas extensométricas u
otros) para una repetibilidad
de posicionado mejorada
Guía de
flexión + piezo
actuadores
Interferómetros láser
para mediciones de
posición x, y, z
Algunas partes más son necesarias
Sistema de
detección de
rayos
incl. algunas
partes
ópticas
Sistema de
sonda de
barrido
Brazo con
punta
Sistema de
video
Posicionado aproximativo para x, y, z y
correción de inclinación
Bhushan, Hanbook of Nanotechnology, 2007
Metrología SFM - Veritekt B y C
El aspecto más importante para un SFM
dimensional es de cumplir con el
Principio de Abbe !
65 µm x 15 µm x 15 µm
Sujetador de la
muestra
Eje „y“ del
interferómetro
Eje „x“ del
interferómetro
Marco de
referencia
x-y
Hasche et al.
Porqué medir ?
Como en las tecnologías convencionales establecidas
(construcción mecánica, construcción de plantas, técnica
de vehiculos, ingeniería aeronáutica y espacial,
microtécnica), lo sigiente es válido:
Sólo lo que se puede medir puede ser producido (de modo industrial),
(fabricado, cambiado, compuesto, mejorado)
Tareas de medicicón e incertidumbre
Técnica de microsistemas
Tecnología IC
Nanotecnología
Estructura
Estructuras sobre caretas, obleas Estructuras sobre caretas y obleas Estructuras sobre obleas u otros.
u otros substratos;
Substraten; Einzelstrukturen auf
Estructuras
lstrukturen;
individuales,
verschiedenste
diversos
Substraten adsorbiert
Grössen
Ambiente
aire; (vacío)
aire; vacío
aire; vacío; UHV; líquido
Material
Si; Keramiken; Glas; Metalle;
Kunststoffe; Maskensubstrate;
Photoresiste
Si und andere Halbleiter;
Maskensubstrate; Metalle;
Photoresiste
Si und andere Halbleiter; Keramiken;
Metalle; Moleküle; Makromoleküle;
biologisches Material
Tamaño de la
muestra
Masken und Wafer bis zu 6“ (oder Masken und Wafer aller Größen
mehr); Einzelstrukturen bis zu
(bis 12“)
Relación de aspecto
50mm x 50mm; Dicke bis zu 25mm
Wafer und andere Substrate bis 4“;
Teile von Substraten bis 10mm x
10mm; Dicke bis zu einigen mm
„2 ½“ – 3-dimensional;
~ 2-dimensional;
Aspektverhältnis < 1
„2 ½“ (– 3)-dimensional;
Relación de aspecto ~ 1
175mm x 175mm bis 300mm x
300mm (x einige 10µm)
bis zu 100mm x 100mm x < 5mm;
überwiegend 10mm
2D ... x2 10mm
1/2D x 1mm
Tipo de
medición
Rango de
posicionado
Relación de
r aspecto hasta 50 (o más)
Hasta 150mm x 150mm x 25mm
hasta 50mm x 50mm x 25mm
2D perfil ⇒
3D forma
Tareas de medición
x 10µm
175mm x 175mm für Masken; 25mm ~ 100µm x 100µmperfil
x 32mm für dies⇒(x2D
einige
10µm)
forma
< 50mm
> 1µm
< 1mm
Espesor de la capa < 1µm
Rugosidad/textura < 1µm rms
< 175mm
> 80nm
< 10µm
> 2nm
< 10nm rms
Rango de
medición
Distancia
Ancho
Altura
Incertidumbre
de medición
~ 100 nanómetros
+ elektronische
Eigenschaften
Un par de nanómetros
< 100µm
< 1µm
< 250nm
< 50nm
< 50nm rms
+ mechanische,
optische,
elektronische,
magnetische,
chemische,
molekulare
Eigenschaften
≤ nanómetros
Tareas en el campo de la metrología dimensional
Grado de inclinación - distancia
Altura del paso
Diámetro – Forma
Anchura de la línea - forma
Rugosidad
Espesor
50 µm @ 16 líneas
Rejillas para calibración
1 mm @ 50.000 pixel
30 µm
Imagen 2D del
área
aumentado
Imagen 3D del área
aumentado
520 nm
G. Dai et al, MST
50 µm @ 16 lineas
Resultado de los métodos FT-FFT y GC
1 mm @ 50.000 pixel
La curva de desviación de la posición muestra irregularidades
30
25
Método GC
= 3000.034 µm
Método FT mod
Position deviation, nm
Grado de
inclinación media
20
15
10
5
0
-5
-10
Grado de inclinación media
-15
= 3000.033 µm
-20
El mismo juego de datos
medidos en práctica es
evaluado, empleando los
dos métodos.
0
100
200
300
400
500
x, um
600
700
800
900
Difracción no
mensurable
pero óptica !
1000
Rango de patrones
Grado de inclinación 1D: 40 µm
5 µm
1 µm
400 µm
Estructura especial
100 µm
10 µm
Altura del paso: aprox. 3 nm Altura: aprox. 15 µm
10 µm
15,3 μm
300 µm
5 µm
5 µm
1 µm
360 µm
Grado de inclinación 2D: 100 nm
5 µm
Dai 2006
PTB
Rugosidad de superficies
5.0
Línea simétrica
Línea inicial
Medición en una posición idéntica por LR-SFM y por el concepto Mahr
1200
800
Profile /nm
Profile /nm
Stylus Profile
Stylus Profile
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800
-1000
139 nm
400
2.57 μm
0
167 nm
-400
LR-SPM Profile
3.49 μm
-800
0
1
2
3
X position /mm
4
5
2,28
2,34
X position /mm
G. Dai et al.
LR-SPM Profile
2,40
Geometría del elemento de penetración
Combinación micro & nano
Calibración de la geometría de un elemento de penetración
para macrodureza
3
µm
0
0
2
2
µm
4
4
6
6
µm
8
8
10
Herrmann, Pohlenz
Otras propiedades a medir ?
Hardness (E-modul)
Durezas
of thin layers
Módulo de Young
Espesor
Thickness
of de
layer
la capa
Propiedades
eléctricas y
magnéticas
Magnetical /electrical
properties
Propiedades
Propiedades
ópticas y
químicas
Optical
/ chemical
properties
(Amount of substance)
Binding foces
moleculares
Molecular
(fuerzas
properties
cohesivas)
(Binding forces)
Cadena de trazabilidad típica para la microscopia de fuerza
Servicio prestado por Institutos Nacionales de Metrología (NMIs)
Difractometría
Unidad SI
„metro“
Calibración
Láser
(longitud de onda λ)
(patrones laterales),
Calibración
de patrones
físicos
Microscopia interfer.
(patrones de altitud de
paso & patrones de llanura)
Realizado por el usuario
Calibración
de SFM de usuarios
p.ej. en el PTB:
Veeco DI, Park,
SIS Nanostat. II
objeto actual
a ser
medido por SFM
„SFM metrológo“
SPM
con interferometría incorporada/calibrado
with built-in
/ calibrated by
por interferometría
interferometer
p. ej. VERITEKT en el PTB,
Met.LR-SPM en el PTB
Instituto Nacional de Metrología (NMI)
Definición
de la unidad SI
DIRECTIVA!
p.ej. VDI/VDE 2656 para SPM
Usuarios de SPM (industria, universidades, institutos, etc.)
Medición del objeto actual
Calibración y verificación
escáner xy
detector de
interacción
escáner z
sonda
muestra
Posicionado aproximativo xy
z – método aproximativo
Patrones para calibración
1 y 2 dim.
lateral
Altura de paso
Patrones para verificación
Llanura
Forma de punta
Hacia calibraciones avanzadas
z
z
z
y
y
x
“perfecto”
z
y
x
x
escalas de longitud incorrectas + no ortogonalidades
(acoplamiento lineal,
diafonía lineal)
Factores de escala del eje
Cx, Cy, Cz
x corr = Cx . xmedido
y
Factores de escala del
eje + factores de
acoplamiento
Cx, Cy, Cz;
Cxy, Czx, Czy
ycorr = Cy
.y
x
+ distorciones a lo largo de
los ejes y funciones de
diafonía no lineal
Factores de escala del eje
+ factores de acoplamiento
+ correcciones no lineales
Cx, Cy, Cz;
Cxy, Czx, Czy;
factores de segundo orden
medido +
Nano escala 2008 - iNRiM, Turin, Italia, Sep. 22/23rd, 2008
Cxy . xmedido
M. Ritter / T. Dziomba
Mediciones en 3D
Escáner tubular de amplio
rango para
x, y & z
SIS nano unidad 300
Escáner tubular xyz
Mediciones en una pirámide
del primer tipo
Sensores de
deflexión
Nano escala 2008 - iNRiM, Turin, Italia, Sep. 22/23, 2008
Escáner tubular xyz con sensores de
deflexión y control de posición de
circuito cerrado en x & y:
53 µm (no linearizado)
47 µm (linearizado)
Rango de escanear en z: 7 µm
M. Ritter / K.-D.Katzer / T. Dziomba
Distorciones ztz a lo largo del eje z?
Patrón 3D con una píramide de pasos múltiples: primeros resultados
• Área estructurado aprox. 36 µm x 36 µm
• Dimensión de la pirámide aprox. 20 µm x 20 µm x 2 µm
• 10 pasos de altura casi separados
• Calibrado por Met.LR-SPM (NMM) por G. Dai
Gemessene
Abweichung
Deviation
dz / nmdz (nm)
20
Desviaciones de altura de la
nanoestación SIS II del PTB
• Veeco DI5000
Después de una
transformación afina de
3D (incl. factores de
escala y de acoplamiento)
a los datos de referencia
de Met.LR-SPM
Nanoestación SIS II
Con pila piezo para z, plataforma PI con corona.
sensores en x & y: ninguna sistemática identificada
15
10
5
Veeco DI5000:
Desviaciones
sistemáticas:
dos nubes,
distorciones
0
-5
SiS-AFM
DI5000
-10
-15
0
500
1000
1500
2000
2500
Met.LR-SPM
Höhe (nm)
z values de referencia
medidos
por Met.LR-SPM / nm
Nanoescala 2008 - iNRiM, Turin, Italia, Sep. 22nd/23rd, 2008
M. Ritter / M. Xu / T. Dziomba
Principio de un microscopio de sonda de barrido virtual
Medición real
Evaluación
regular por el
software del
microscopio
Y ±
U(Y)
U(Y)
Estimulador SPM virtual
Y
Influencia de incertidumbre
Sistema de barrido
•Convolución de la
geometría de punta
Geometría cambiante
durante la medición
Otros
•Vibración
•Error de calibración
•Error de evaluación
Evaluación
estadística
Temperatura
•Desviación
•Torcimiento
•Expansión
Geometría del eje
•Error sistemático del
escáner
•Incertidumbre de errores
sistemáticos del escáner
Resultados de mediciones de la altura de paso
Entrada de
parámetros
Medición de
simulación, incl.
diferentes tipos
de brazos
Error Simulation
Instrument
Cantilever
Evaluation
Algorithm
Environment
Operator
Measurement task
Resultado de medición, presupuesto de
incertidumbre y distribución de los resultados
Comparación con
los resultados de
medición del
instrumento
Fuerzas de interacción
Fts = FLennard-Jones + Feléctrico + Fmagnético+ Fquímico + Fcapilario
Fuerzas iónicas y
fuerzas Van der
Waals
Fuerzas
electrostáticas &
fuerzas magnéticas
Fuerzas de
adhesión &
fuerzas de
fricción
Deformación
elástica &
plástica
Fuerzas
capilarias
Tareas a escala nanométrica
Cuantificación
Información
química &
(alguna)
información
lateral
Información
química
Resolución alta,
pero difícil de cuantificar
SIMS
SNMS
XPS
SFM
Dimensión
&
Localization
localización
Alta resolución lateral &
información química basada en fuerzas
Proceso de formación de imagenes
Microscopio
Interacción
Propiedad de la
estructura
de la muestra
Valor
Imagen
Meta de una medición
Determinación de propiedades de la
muestra/estructura/característica de interés
Requisitos: Conocimiento del proceso de medición y
de funciones de respuesta relacionado con el aparato
Microscopia con “ondas” y “partículas”
Sistemas basados en ondas/partículas
individuales (ópticos, SEM, SIMS, …)
objeto
Imagen Gauss PSF
objeto
sonda
Î Función de dispersión de puntos
- Distribución de la intensidad
-
Sondas “sólidas”
Imagen
Î Función de dispersión de puntos
=
- forma de la sonda
No obstante, esta es una vista
puramente geométrica!
Hay que considerar la
interacción entre la punta y la
muestra!
Objeto
Sonda
Imagen
conocido
conocido
calculado
conocido
calculado
medido
calculado
conocido
medido
Atomos/cc
Rango de detección
Límites de resolución y detección
Tamaño analítico del punto
Franjas
Sección transversal de una pila de capas de AlGaAs InGaAs - GaAs
142 capas con substrato GaAs
- espesor de las capas entre 1 nm y 700 nm
- crecido por epitaxia metalorgánica en fase de vapor
(MOVPE)
- Empotrado en acero inoxidable
Senoner et al.
Función de franjas
1. 23 Rejillas de ondas rectangulares (períodos 2 - 600 nm )
→
estimación de la resolución lateral
optimización del tiempo real de ajustes del instrumento
→ determinación de MTF
2. Transiciones de paso
→ determinación de ESF
→ determinación de parámeters dispersados en las esquinas como
12% - 88% aumento de intensidad
3. Franjas estrechas (1nm, 4 nm, 15 nm, 40 nm)
→ determinación de LSF
para métodos de escaneo, esto esta relacionado con
la forma y el diámetro del rayo
→
determinación del límite de detección
4. Calibración de distancias
→ calibración de la escala de longitud
medición de centro – distancia entre centros
entre franjas o rejillas
Senoner et al.
Resolución lateral del análisis de superficies
Estimación de la resolución mediante detección Al en rejillas de ondas rectangulares
Ilustración TOF-SIMS Al+
TOF-SIMS IV, Ga+ fuente de iones
Medido en BAM-L200, prototipo 1
Datos medidos en BAM
Ilustración TOF-SIMS Al+
AES Al ilustración y escaneo de
líneas
TOF.SIMS 5, Bi3++ fuente de iones
PHI 700 escaneo nanomuestra Auger
Medido en prototipo 2
Medido en prototipo 2
Datos de ION-TOF GmbH,
Alemania
Datos de Dennis F. Paul,
Physical Electronics, Estados Unidos
La formación de imagenes de rejillas permite una estimación del tiempo real de la
resolución lateral y la optimización de ajustes del instrumento
AVS 53rd Symposium, San Francisco, CA, November 12-17, 2006
M. Senoner, W. Unger, T. Dziomba, L. Koenders
Measur
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G. Ade & L. Koender