Mikrotaster für atomare Landschaften

News: Mikrotaster für atomare Landschaften

Chemnitzer Wissenschaftler entwickeln ein neues Verfahren, mit dem sich Oberflächen im Mikrobereich besonders genau abtasten und vermessen lassen. Das System besteht aus einem Siliciumchip, auf dem ein Meßfühler und ein winziger elektrostatisch arbeitender Linearantrieb sowie eine Meßeinrichtung untergebracht sind. Der Chip ist etwa einen Quadratmillimeter groß. Der Meßfühler selbst mündet in eine feinen Spitze, deren Radius nur 20 Millionstel Millimeter mißt. Wie eine Nadel eine Schallplatte, kann der Chip nahezu berührungslos kleinste Topographien abtasten, vermessen und kontrollieren.

Das neue System kann Höhenunterschiede von 20 Tausendstel Millimeter mit einer Auflösung von einem Millionstel Millimeter – fast hinunter bis auf die Größe der Atome – messen. Herkömmliche Meßsysteme können solche vergleichsweise großen Höhenunterschiede nicht messen. Entwickelt wurde der Chip von Thomas Geßner, Wolfgang Manthey und Michael Dietzsch im Sonderforschungsbereich 379 in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Mikrotechnologien (ZfM) der Universität Chemnitz. Der Chip wird – auch das ist neu – in einem Arbeitsgang einschließlich der Meßspitze hergestellt, aufwändige zusätzliche Schritte sind also nicht nötig.

Eingesetzt werden kann der neue Chip zur nahezu berührungslosen Messung der Oberflächenrauhheit sowie der Formvermessung von Mikroteilen in der Qualitätskontrolle. Auch für neuartige Rasterkraftmikroskope ist er geeignet. Ein solches Rasterkraftmikroskop tastet Oberflächen ähnlich ab wie eine Nadel eine Schallplatte, nur viel feiner. Das Prinzip war von dem deutschen Physiker Gerd Binnig entwickelt worden, der gemeinsam mit Heinrich Rohrer für eine verwandte Entwicklung, das Rastertunnelmikroskop, 1986 den Nobelpreis für Physik bekam.

Ein wesentlicher Vorteil ist, daß viele der Chips neben- und übereinander – als sogenanntes Array – angeordnet werden können. Dadurch ist es möglich, größere Flächen als bisher und zudem in wesentlich kürzerer Zeit zu vermessen. Bei der Messung wird eine Gleichspannung an den Linearantrieb angelegt, die die Meßspitze an die Oberfläche heranführt, die geprüft werden soll. Gleichzeitig schwingt die Spitze einige tausend Mal in der Sekunde hin und her. Die Schwingungszahl und die Auslenkung ändert sich, je näher die Spitze der Oberfläche kommt. Diese Änderungen werden erfaßt und durch einen Computer ausgewertet. Ein weiterer Vorteil: Durch den großen Meßbereich des Fühlers entfällt das Nachstellen bei der Messung. Zur Zeit arbeiten die Wissenschaftler daran, ihr Gerät zu optimieren und handhabbarer zu machen.