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Mikro- und Nanomesstechnik (MNMT)
- Dozent/in
- Prof. Dr.-Ing. habil. Tino Hausotte
- Angaben
- Vorlesung mit Übung
, Sprache Deutsch
Zeit und Ort: Mo 16:15 - 17:45, 0.151-115
- Studienfächer / Studienrichtungen
- WPF MB-MA-FG6 1-3 (ECTS-Credits: 2,5)
WPF MB-MA-IP6 1 (ECTS-Credits: 2,5)
WPF ME-MA-MG11 1-3 (ECTS-Credits: 2,5)
WPF ME-BA-MG11 5-6 (ECTS-Credits: 2,5)
WPF BPT-MA-M 3-4 (ECTS-Credits: 2,5)
WPF MT-MA-GPP 1-2 (ECTS-Credits: 2,5)
- Voraussetzungen / Organisatorisches
- 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
- Inhalt
- 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)
- Empfohlene Literatur
- 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
- ECTS-Informationen:
- Title:
- Micro- and Nanometrology
- Prerequisites
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- Zusätzliche Informationen
- Erwartete Teilnehmerzahl: 20
www: http://www.fmt.tf.fau.de/lehre/lehrveranstaltungen.php
- Verwendung in folgenden UnivIS-Modulen
- Startsemester SS 2014:
- Mikro-, Nano- und rechnergestützte Messtechnik (MNMT u. RMT)
- Institution: Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik (FMT)
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