Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Quantum Hall effect in exfoliated graphene

Woszczyna M., Friedemann M., Pierz K., Ahlers F.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 6

62-64

EN

Graphene, due to its one-atom layer thickness, naturally behaves as a two-dimensional (2D) semiconductor system, where quantum Hall effect (QHE) can be observed. One of the most remarkable features of graphene is that its carrier concentration can be tuned to either hole or electron system by applying external electric field, which is not possible in typical semiconductor 2D structures. The aim of this work is to present our experiments concerning graphene application in electrical quantum metrology as a resistance standard based on QHE. We describe fabrication steps of graphene devices. The so-called exfoliation method of obtaining monolayer graphene flakes is used. In this technology graphite pieces are reduced to graphene flakes by mechanical peeling of material using a sticky tape. Finally graphene is transferred onto a dielectric substrate and electrical contacts are formed by electron beam lithography. Two different types of substrates were utilized: Si/SiO₂ and a GaAs/AIAs heterostructure. A GaAs/AIAs multilayer, designed to render the exfoliated graphene flakes visible, provided the required back-gate insulation and good carrier tuneability, despite the barrier limited height compared to the usual SiO2 oxide barrier on doped silicon. We also present measurements of integer quantum Hall effect in graphene deposited on both types of substrate.

PL

Grafen zbudowany jest tylko z jednej warstwy atomów węgla. Z tego powodu charakteryzuje się typowymi właściwościami dwuwymiarowych systemów półprzewodnikowych, w których występuje kwantowy efekt Halla. Jednak w odróżnieniu od nich, w grafenie istnieje możliwość łatwego sterowania gęstością nośników zarówno typu elektronowego jak i dziurowego za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego. W pracy przedstawiono wyniki badań zmierzających do zastosowania grafenu w metrologii kwantowej jako wzorca oporu elektrycznego. Zostały omówione etapy wytworzenia przyrządu. Płatki grafenu były otrzymywane metodą eksfoliacji z naturalnego grafitu, w której za pomocą taśmy klejącej odrywano kolejne warstwy węglowe aż do osiągnięcia tylko jednej warstwy grafenowej. Wyizolowany grafen przeniesiono na podłoże dielektryczne i wytworzono kontakty elektryczne metodą elektronolitografii. W badaniach zostały wykorzystane dwa rodzaje podłoża: Si/SiO₂ oraz specjalnie spreparowana heterostruktura GaAs/AlAs. Heterostruktura została wykonana w postaci naprzemiennie ułożonych warstw GaAs i AlAs tak, aby umożliwić szybką lokalizację grafenu na podłożu za pomocą mikroskopu optycznego, a także aby zapewnić wystarczającą izolację między grafenem a bramką sterującą gęstością nośników. W pracy zostały przedstawione wyniki pomiarów całkowitego kwantowego efektu Halla w grafenie naniesionego na obydwa wymienione podłoża.

2

Analiza szumów w mikro-mechanicznych czujnikach rezonansowych

Józwiak G., Zawierucha P., Kopiec D., Woszczyna M., Zielony M., Gotszalk T., Grabiec P.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

R. 86, nr 10

36-39

PL

Mikromechaniczne czujniki rezonansowe są stosowane do pomiaru małej siły, masy i lepkości. Po odpowiedniej funkcjonalizacji powierzchni mogą być wykorzystywane jako czujniki biochemiczne do detekcji oddziaływań molekularnych. Występujący w tych układach szum jest najważniejszym czynnikiem ograniczającym czułość na zmiany mierzonej wielkości i rozdzielczość pomiaru. Szczególne znaczenie ma szum mechanicznych drgań termicznych, który może pełnić również istotną rolę w procesie pomiaru właściwości mechanicznych układu. W pracy przedstawiono modele matematyczne wybranych szumów występujących w układach rezonansowych, zwracając szczególną uwagę na szum termicznych drgań mechanicznych. Zaprezentowano układ pomiarowy do badania szumów mikrobelek sprężystych z piezorezystywnym detektorem ugięcia. Układ ten wykorzystano do pomiaru mechanicznych właściwości drgań termicznych mikrobelki wykonanej w Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie.

EN

Micromechanical resonant sensors are widely applied to measurements of low forces, masses and viscosity. After surface functionalization they might be used as biochemical sensors for intermolecular force detection. The noise existing in those devices is the main factor limiting the device sensitivity and the measurement resolution. Furthermore, the analysis of mechanical thermal noise of the microcantilever can play main role in a calibration process of sensor mechanical properties. In the paper the mathematical models for 1/f noise, Johnson-Nyquist noise and thermal oscillations noise in frequency domain are presented. The special attention is paid on mechanical thermal noise and its connections with mechanical properties of the system. It is shown that only thermal noise analysis is able to determine system spring constant and that the methods based on the system transmittance analysis fail due to inseparability of the system effective mass and the system spring constant or due to the lack of calibrated excitation source. The measurement system for investigation of noise in piezoresistive cantilevers is presented. The system was utilized for examination of piezoresistive microcantilever made at Warsaw Institute of Electron Technology. The power spectrum of the cantilever noise was estimated and the sensitivity of the piezoresistive bridge of the cantilever was measured. After that the analysis of obtained power spectra was performed. As a result the resonance frequency, the resonance quality factor, the cantilever mean thermal deflection and the cantilever spring constant were calculated. Obtained results confirm that system is able to detect a mean thermal deflection that is less than 1 angstrom.

3

Wzmacniacz fazoczuły typu lock-in do zastosowań w mikroskopii bliskich oddziaływań

Kopiec D., Woszczyna M., Gotszalk T., Woźniak K., Zawierucha P., Sojka K.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 1

88-91

PL

W artykule przedstawiono zasadę działania oraz konstrukcję wzmacniacza fazoczułego typu lock-in mogącego pracować w trybie dwukanałowym bądź w trybie woltomierza wektorowego. Zaprezentowano zastosowanie opisywanego wzmacniacza w technice mikroskopii bliskich oddziaływań, gdzie obserwacja amplitudy oraz przesunięcia fazowego odpowiedzi sondy ma istotne znaczenie w wysokorozdzielczych badaniach lokalnych właściwości powierzchni preparatu.

EN

In this article design of the two-channel lock-in amplifier is presented. The presented device has implemented four DDS generators and two phase-sensitive detectors. Lock-in amplifier is controlled from PC computer via RS232 interface. This lock-in amplifier is applied in scanning probe microscopy techniques where amplitude and phase resolving is important in obtaining information about local surface properties.

4

Ośmiokanałowy system do pomiarów matryc bioczujników

Zawierucha P., Waszczuk K., Herwich W., Rozmus Ł., Woszczyna M., Masalska A., Gotszalk T., Magdziarek A., Rybka J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 2

101-104

PL

W artykule zaprezentowano ośmiokanałowy system pomiarowy do badań matryc bioczujników. Jako biosensory zastosowano rezonatory kwarcowe w roli precyzyjnych mikrowag. System składał się z przedwzmacniaczy dla sygnałów odpowiedzi elektrycznej z rezonatorów oraz przetwornika wartości skutecznej sygnału przemiennego na sygnał stały. Tor sygnałowy układu pomiarowego był analogowy, natomiast jego parametry nastawiane były w sposób cyfrowy. W artykule przedstawiono wyniki wstępnych kalibracji systemu oraz testowe pomiary.

EN

In this article 8-channel measurement device for biosensors arrays is presented. Quartz tuning forks are used as precision mass-sensitive detector. Our measurement setup consisted of quartz tuning forks preamplifiers and RMS to OC converters. The signal path was fully analogue but with digitally controlled parameters (e.g. gain, offset). We also presented calibration procedure and preliminary results of different biomolecular masses detections.

5

Mikroskopia sił atomowych z zastosowaniem matryc mikrodźwigni sprężystych

Zawierucha P., Zielony M., Kopiec D., Woszczyna M., Sarov Y., Frank A., Ivanov T., Zöllner J. P., Rangelow I. W., Gotszalk T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 6

72-75

PL

Mikroskopia sił atomowych (AFM) [1] jest jedną z podstawowych metod badania powierzchni. Pomimo bardzo szerokiego zastosowania w pomiarach laboratoryjnych w dalszym ciągu nie jest wykorzystywana w przemyśle. Związane jest to przede wszystkim z ograniczeń w szybkości wykonywania pojedynczego pomiaru. Jednym ze sposobów przyspieszenia pomiarów AFM jest zastosowanie zamiast pojedynczej sondy pomiarowej matrycy mikrodźwigni [2]. Jednoczesny pomiar wieloma dźwigniami pozwoli na relatywne skrócenie czasu pomiaru. Rozwiązanie takie pozwoli zachować wszystkie zalety pomiarów AFM jednocześnie umożliwiając wykonać pomiar powierzchni o rozmiarach nawet 10x10 mm². W pracy zaprezentowana zostanie dźwignia o zupełnie nowej konstrukcji, przeznaczona do zastosowań wielodźwigniowych. Prezentowana sonda pomiarowa przeznaczona jest do pracy w technice rezonansowej tapping-mode. Do przeprowadzenia eksperymentów konieczne było zbudowanie stanowiska pomiarowego. W pracy zaprezentowane zostanie stanowisko do pomiaru za pomocą matrycy 32 dźwigni. Wynikiem przeprowadzonych eksperymentów jest pomiar topografii powierzchni. W artykule przedstawiony zostanie obraz topografii struktury testowej wykonany 4 dźwigniami jednocześnie.

EN

Atomic force microscopy (AFM) is one of basic surface measurements methods. It is a uniquely powerful tool for analysis and modification of surface but this method is not used in technological application yet. Current AFM methods are limited to single probes with very slow processing rates and very small scan area. One of the speed-up methods of AFM measurement is the replacement of single a cantilevers by cantilever array [2]. A measurement taken by several probes simultaneously will significantly speed up the measurement process. The proposed solution allow to make a huge area scan (up to 10 x 10 mm²) and will keep all unique abilities of AFM method. In this article, we present new AFM cantilever (PRONANO) for multiprobe application. The new probe has integrated a thermal band actuator and a piezoresistive deflection detector. In this paper, we present an experimental system for topography measurement by 31 cantilevers. This home made multiprobe AFM microscope is designated for measurement in dynamic contact mode (tapping-mode). In this article, there are presented surface measurements made by 4 cantilevers simultaneously.

6

Mikroprocesorowy moduł do akwizycji danych z wykorzystaniem systemu czasu rzeczywistego

Wojciechowski T., Grabarczyk M., Kopiec D., Woszczyna M., Zawierucha P., Gotszalk T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 2

104-106

PL

W artykule przedstawiono budowę i zasadę działania modułu do akwizycji danych wykorzystującego oprogramowanie oparte na systemie czasu rzeczywistego. Zaletą takiego rozwiązania jest ograniczony od góry czas odpowiedzi na zdarzenie zewnętrzne, a także łatwość tworzenia oprogramowania. Moduł pozwala na sterowanie dowolnymi urządzeniami, które wykorzystują standard USART.

EN

Design and operation principles of a module for data acquisition with real-time operating system are described in the paper. Main advantages of such a solution are limited response time for external event and simplified source cod e developing. This module allows to control any device that uses USART communication standard.

7

32-kanałowy cyfrowy regulator PID na bazie układu FPGA do zastosowań w mikroskopii sił atomowych

Nowacki Z., Zawierucha P., Serafińczuk J., Woszczyna M., Sawicki P., Zielony M., Szecówka P., Gotszalk T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 2

109-113

PL

W artykule została przedstawiona konstrukcja i zasada działania wielokanałowego cyfrowego regulatora PID skonstruowanego dla mikroskopu sił atomowych korzystającego z matrycy sond pomiarowych. Nasze rozwiązanie zostało zrealizowane w oparciu o układ FPGA. Dzięki temu uzyskano zwartą konstrukcję, jednak pozwalającą na elastyczną zmianę parametrów regulatorów PID oraz ilości kanałów.

EN

In this article a digital multichannel PID controller for atomic force microscope with an array of probes is presented. Our design is based on FPGA. In this case, we developed compact device but it allows to modify PlD controllers parameters and amout of channels.

8

Uniwersalny mikroprocesorowy miernik impedancji elektrycznej

Rudek M., Woźniak K., Wojciechowski T., Woszczyna M., Zawierucha P., Gotszalak T.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2009

|

R. 85, nr 11

175-177

PL

W artykule przedstawiona została zasada działania oraz konstrukcja mikroprocesorowego miernika impedancji charakteryzującego się szerokim zakresem mierzonej impedancji od 1 k[om] do 10 M[om] oraz stosunkowo szerokim pasmem pomiarowym od 1 kHz do 100 kHz. Zwarta budowa, niewielkie rozmiary oraz niska cena prezentowanego urządzenia sprawiają, że w mniej precyzyjnych pomiarach stanowi alternatywę dla drogich, komercyjnych rozwiązań tego typu.

EN

In this article theory of operation and design of a microprocessor electrical impedance measurement device is presented. It features broad input impedance range from 1 k[om] to 10 M[om] and relatively wide measurement bandwidth from 1 kHz to 100 kHz. Compact design, small dimensions and low price are its advantages and make an alternative choice to expensive commercial equipment.

9

Mikroskopia bliskiego pola optycznego na bazie rezonatorów kwarcowych

Kulka T., Gil P., Woszczyna M., Piotrowicz A., Kowalska Z., Radojewski J., Gotszalk T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 9

53-55

PL

W artykule zaprezentowano sposoby wykorzystania rezonatorów kwarcowych wraz z ostrzami światłowodowymi do badań powierzchni w mikroskopii bliskiego pola optycznego. Celem prezentowanej pracy była analiza wpływu przyklejonych ostrzy na charakterystyki częstotliwościowe rezonatorów. Skupiono się również na ocenie przydatności jedno- i dwupunktowych połączeń światłowód-rezonator w mikroskopii bliskich oddziaływań. W wyniku przeprowadzonych eksperymentów stwierdzono: - zmniejszenie się częstotliwości rezonansowej oraz dobroci widelca kwarcowego z przyklejonym na końcu kamertonu ostrzem światłowodowym w stosunku do rezonatora bez dodatkowego obciążenia; - rozrzut częstotliwości rezonansowej, związany np. z długością wystającego ostrza czy ilością kleju użytego do połączenia elementów; - całkowite rozstrojenie podwójnie klejonych układów ze względu na wielokrotne rezonanse w szerokim zakresie częstotliwości (nieprzydatne w mikroskopii SNOM).

EN

This article presents quartz resonators together with glued fiber optic tips application in the near-field optical microscopy. The purpose of the study was to analyze the influence of connected tips on the frequency characteristics of resonators. Our work focuses also on the suitability of one-point and two-points connections between fiber and resonator in near-field microscopy. As a result of the experiments it was found: - a decrease in the resonance frequency and the quality factor of quartz fork with fiber tip glued at the end of resonator in relation to the resonator without the additional load; - resonant frequency change, associated with, for example: the length of waveguide tip or amount of glue used to connect components; - total detuning of double-glued systems because of the multiple resonances in a wide range of frequencies (not useful in SNOM microscopy).

10

Skalowanie optycznego czujnika sił tarcia mikroskopu sił atomowych

Masalska A., Zawierucha P., Woszczyna M., Gotszalk T., Ritz Y., Zschech E.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2008

|

Vol. 49, nr 6

69-71

PL

Badania zjawisk tarcia, ścierania, poślizgu czy zużycia trybologiczne-go w nanoskali mogą być z powodzeniem przeprowadzane za pomocą mikroskopu sit atomowych (ang. Atomie Force Microscope-AFM) z optyczną detekcją ugięcia belki pomiarowej, która pełni rolę optycznego czujnika sit tarcia. Uzyskanie informacji ilościowych wymaga jednak uprzedniego zastosowania procedury kalibracyjnej pozwalającej na konwersje danych pomiarowych na dane o znaczeniu fizycznym. W niniejszej pracy zaprezentujemy wyniki skalowania mikroskopu sił atomowych metodą odwzorowania pochylenia wzorcowego (ang. Wedge Calibration Method [1]) z wykorzystaniem struktury firmy MikroMasch (TGF11) i struktury wykonanej za pomocą skupionej wiązki jonów (ang. Focused Ion Beam-FIB).

EN

Mechanisms of friction, adhesion, lubrication and wear in nanoscale : can be successfully investigated by means of atomic force microscope (AFM) using optical beam deflection sensing. However, to obtain quantitative information the calibration procedure for conversion of measured data to friction forces has to be applied. In order to calibrate our atomic force microscope we applied direct procedure called wedge calibration method [1]. The results of friction force calibration using commercially available grating (TGF11) and dedicated specimen fabricated by focused ion beam (FIB) milling are presented in this paper. We show experimental results for nanotribology on silicon of two different crystallographic orientation, mica and HOPG as well.

11

Ocena parametrów metrologicznych mikromechanicznych dźwigni piezorezystywnych

Woszczyna M., Janus P., Grabiec P., Kolek A., Gotszalk T., Rangelow I. W.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2008

|

Vol. 49, nr 6

92-94

PL

W celu ilościowego opisu zjawisk zachodzących przy udziale mikromechanicznej dźwigni piezorezystywnej istotna jest znajomość podstawowych jej parametrów metrologicznych takich jak: stała sprężystości, czułość dźwigni na zadane wychylenie, a także właściwości szumowe typu termicznego oraz 1/f. Opisano proces kalibracji dźwigni sprężystej z mostkiem piezorezystywnym jako detektorem ugięcia.

EN

To obtain quantitative information about interactions between the micromechanical cantilever and its surrounding, it is crucial to determine the principlal metrological cantilever parameters such as: spring constant, response sensitivity for certain deflection and noise properties. In this article a calibration process of the cantilever with integrated piezoresistive deflection detector is presented.

12

Calibration of atomic force microscope

Masalska A., Zawierucha P., Woszczyna M., Gotszalk T., Ritz Y., Zschech E.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2008

|

Vol. 49, nr 5

32-36

EN

Scanning probe microscopy enables high resolution surface characterization. Therefore it is a perfect tool for imaging samples on a nanometer scale. An instrument dedicated for high accuracy measurements has to deliver not only qualitative but also quantitative information. Thus applying precise calibration techniques for an atomic force microscope is crucial for credible nanostructures analysis. In this paper we present the results of a tube scanner characterization. We describe relationship between a piezoactuator behaviour and a sample mass. We also analyze errors resulting from bend motion of the piezoscanner and show influence of a sample thickness on the distortion of atomic force microscope data.

PL

Mikroskopia bliskich oddziaływań umożliwia badanie ukształtowania i właściwości powierzchni w skali subnanometrowej. Tak precyzyjne pomiary wymagają jednak szczegółowego skalowania urządzenia w celu uzyskania wiarygodnych wyników, dostarczających nie tylko jakościowych ale również ilościowych informacji. W pracy przedstawimy wyniki charakteryzacji piezoaktuatora odpowiedzialnego za przesuw struktury podczas procesu skanowania. Zaprezentujemy jak zależy wychylenie typowego piezoaktuatora od masy poruszanej próbki. Wskażemy również wpływ wysokości badanej struktury na zniekształcenia obrazu związane z tzw. błędami Abbego, które wynikają z przesuwu struktury po powierzchni sfery wyznaczonej przez poruszający się piezoaktuator.

13

Conductive atomic force microscope for investigation of thin-film gate insulators

Wielgoszewski G., Gotszlak T., Woszczyna M., Zawierucha P., Zschech E.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2008

|

Vol. 56, nr 1

39-44

EN

In modern microelectronics progress has been made towards low power ultra large-scale integration (ULSI), and nano-structure devices such as single electron transistors and quantum dots. In this technology application of new materials, which includes high-k dielectrics for the MOSFET transistors, with extraordinary purity and uniformity is required. Failure analysis and reliability investigations of such films very often requires high-resolution local measurements of electrical surface parameters. This kind of experiments can be performed using conductive atomic force microscopy, which provides simultaneous measurement of surface topography and current flowing through the investigated layer. In order to acquire reliable data, there was designed a precise measurement and control system, which included a low-noise current-to-voltage converter of picoampere resolution, a scanning stage with control electronics and a data acquisition system. In the paper we describe the architecture of the de-signed and applied experimental set-up. We also present results of simultaneous measurements of topography and current on gold and highly oriented pyrolytic graphite (HOPG).

14

Field emission and microstructural characterization of diamond films deposited by HF CVD method

Jarzyńska D., Staryga E., Znamirowski Z., Fabisiak K., Gotszalk T., Woszczyna M., Strzelecki W., Dłużniewski M.

Scientific Bulletin. Physics / Lodz University of Technology

|

2007

|

Vol. 28

13-26

EN

Electron emission from diamond films (DF) deposited using HF CVD technique on silicon substrates has been studied. The field emission characteristics were analyzed using the Fowler-Nordheim model. The diamond films were also characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Raman Spectroscopy (RS) and Electron Spin Resonance (ESR) techniques. The correlation between electron field emission of investigated films, Raman spectra and concentration of paramagnetic centres has been discussed. The electron emission properties of diamond films improved after doping with nitrogen. The field emission was obtained at turn-on electric field equal to about 10 V/µm and about 3 V/µm, for undoped diamond films and N-doped diamond films, respectively. It seems that the change of turn-on field values and other emissive properties of thin diamond layers may be caused by different content of non-diamond phase (e.g. graphite phase) induced by doping.

PL

Przeprowadzono badania emisji polowej z warstw diamentowych osadzonych przy użyciu metody HF CVD na podłożach krzemowych typu n i p. Charakterystyki emisyjne analizowano na podstawie modelu Fowlera-Nordheima. Wytworzone warstwy scharakteryzowano przy użyciu następujących metod: SEM, AFM, spektroskopii Ramana i Elektronowego Rezonansu Spinowego (ESR). Przeprowadzono dyskusję wyników, wskazując na korelację pomiędzy wynikami emisji polowej a koncentracją centrów paramagnetycznych oraz widmami ramanowskimi badanych warstw diamentowych. Zaobserwowano znaczną poprawę właściwości emisyjnych heterostruktur, w których warstwa diamentowa domieszkowana została azotem. Dla układów z niedomieszkowanymi warstwami diamentowymi wartość natężenia pola włączeniowego wynosiła około 10 V/ µm, zaś dla domieszkowanych azotem warstw diamentowych wartość ta równa jest 3 V/µm. Różnice w wartościach pola włączeniowego dla odpowiednich układów wynikają prawdopodobnie z różnej zawartości materii grafito-podobnej w badanych warstwach diamentowych. Warstwy domieszkowane azotem są silnie zdefektowane i zawierają znaczną ilość materii grafitopodobnej.

15

Zastosowanie interferomerii światłowodowej w ocenie właściwości metrologicznych czujników bliskiego pola mikroskopu sił atomowych

Mulak P., Gotszalk T., Kolanek K., Woszczyna M., Masalska A., Zawierucha P., Wielgoszewski G., Zielony M., Sankowska A., Szeloch R., Janus P., Grabiec P.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2006

|

Vol. 47, nr 5

57-59

PL

Podstawowym problemem metrologicznym mikroskopii sił atomowych jest pomiar oddziaływań dynamicznych występujących między mikroostrzem a powierzchnią. W praktyce laboratoryjnej stosowane są zwykle układy natężeniowych detektorów laserowych, które umożliwiają jedynie detekcję (rozumianą w sensie jakościowej oceny ugięcia dźwigni). W laboratorium mikroskopii bliskich oddziaływań, nanostruktur i nanomiernictwa Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki opracowaliśmy światłowodowy interferometr pracujący w konfiguracji Fabry-Perota, za pomocą którego jesteśmy w stanie przeprowadzić pomiary właściwości metrologicznych układów piezoelektrycznych stosowanych w mikroskopii bliskich oddziaływań oraz dokonać skalowania czujników bliskiego pola ze zintegrowanymi detektorami wychylenia końcówki. Przedmiotem naszych prac była analiza właściwości piezoelektrycznych rezonatorów kwarcowych i elektrostatycznych aktuatorów wychylenia. Prezentowane przez nas metody i techniki pomiarowe pozwalają na pomiar ugięcia (wychylenia) dźwigni kamertonu piezoelektrycznego z rozdzielczością 0,1 nm w paśmie 1 kHz w zakresie częstotliwości do 100 kHz.

EN

One of the fundamental metrological issues in scanning probe microscopy is the measurement of nearfield interactions between the microprobe and the surface. In most experiments the detection of the cantilever deflection is performed using so called Position Sensitive Detectors. In this setup the measurements of forces acting at the microtip require additional tedious and very time consuming calibration. Therefore in the laboratory of scanning probe microscopy, nanostructure and nanometrology at the Faculty of Microsystem Electronics and Photonics of the Wroclaw University of Technology we developed fiber optical Fabry-Perot inteferometer which can be used to determine the metrological parameters of the nearfield sensors. In this work we will present the results of piezoelectrical tuning fork measurements, which enable deflection detection of the tuning fork prongs with the resolution of 0,1 nm in the bandwidth of 1 kHz in the frequency range up to 100 kHz. We will also report in the calibration of the microsystem electrostatic deflection actuator, which can be used to maintain the distance between the microprobe and sample.

16

Wytwarzanie przyrządów elektroniki kwantowej metodami mikroskopii bliskich oddziaływań

Kolanek K., Gotszalk T., Woszczyna M., Masalska A., Zawierucha P., Mulak P., Szeloch R., Zielony M., Janus P., Grabiec P.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2006

|

Vol. 47, nr 5

27-29

PL

Ciągły rozwój technologii półprzewodnikowej powoduje wzrost skali integracji, szybkości działania układów elektronicznych oraz zmniejszenie pobieranej przez nie mocy. Obecny stan technologii opiera się głównie na technice fotolitografii i osiąga kres swoich możliwości zmniejszania charakterystycznych wymiarów przyrządów półprzewodnikowych. Przewiduje się, że fotolitografia nie zapewni tworzenia przyrządów półprzewodnikowych o rozmiarach charakterystycznych mniejszych od 30 nm. Zastosowanie mikroskopii sił atomowych do lokalnej anodyzacji powierzchni otwiera nowe perspektywy wykonywania wzorów o wymiarach mniejszych od 30 nm. Zaletą tej techniki jest możliwość zarówno wytwarzania, jak i jednoczesnej diagnostyki wygenerowanych wzorów. Przedstawiono wyniki eksperymentów prowadzonych w laboratorium mikroskopii bliskich oddziaływań, nanostruktur i nanomiernictwa WEMiF z Politechniki Wrocławskiej.

EN

Rapid progress in semiconductor technology leads to greater scale of integration, improved speed and a reduced amount of the needed power of the electronic devices. At the present time mainly photolithography tools are used for developing electronic devices. Now the tools are working on the edge of the performance. Scanning probe microscopy is one of the methods which may be applied not only to surface visualization but also to modification. In this paper we describe local anodization process, which may be applied to create patterns on semiconductor and metallic surfaces. Control software of the atomic force microscope transfers designed patterns on the surface. We will present our research conducted in Laboratory of scanning probe microscopy, nanostructures and nanometrology in the Faculty of Microsystems Electronics and Photonics at Wroclaw University of Technology.

17

Wejściowe układy elektroniczne współpracujące z mikrosystemowymi piezoelektrycznymi czujnikami nanosił i nanowychyleń

Woszczyna M., Masalska A., Kolanek K., Gotszalk T., Szeloch R.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2005

|

Vol. 46, nr 11

50-52

PL

Podstawowym problemem towarzyszącym detekcji sił atomowych w mikroskopii bliskich oddziaływań jest pomiar wielkości elektrycznych proporcjonalnych do nanosiły lub nanowychyleń. Sygnał sondy, odpowiadający bliskiemu oddziaływaniu, narażony jest na wiele zakłóceń w torze pomiarowym. Aby zminimalizować ten problem koniecznie należy zastosować układ wstępnego wzmocnienia, którego budowa uzależniona jest od sposobu pomiaru topografii powierzchni. W opracowaniu przedstawiono rozwiązania przedwzmacniaczy współpracujących z systemem mikroskopii sił atomowych, w których rolę sondy siły skupionej na mikroostrzu pełni piezoelektryczny rezonator kwarcowy.

EN

Quartz tuning forks are widely applied in noncontact scanning probe micrcscopy as force sensors. Forces acting at the microtip, which is attached to one of the prong of the tuning fork, are used to describe surface parameters. The amplitude of the osscillation is at thelevelofnanometers, so generated piezoelectric voltage is very low. To obtain correct topography of the sample, it is crucial to detect these electric signal avoiding large voltage noise at the output. Therefore it is neccessary to use electronic input circuits, which preamplify signal produced by the tuning fork. In this article we present several tuning fork based schemes for atomic force microscopy applications. We compare current and voltage preamplifiers to determine which solution gives better results.

18

Nanomiernictwo mikro- i nanostruktur metodami mikroskopii bliskich oddziaływań

Gotszalk T., Radojewski J., Szeloch R., Marendziak A., Kolanek K., Woszczyna M., Masalska A., Grabiec P., Janus P., Rangelow I.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2005

|

Vol. 46, nr 6

6-10

PL

Przedstawiono zastosowanie mikroskopii bliskich oddziaływań (ang. Scanning Probe Microscopy - SPM) w miernictwie właściwości mikro- i nanostruktur. Omówiono uwarunkowania eksperymentalne i podstawowe metody, których celem jest przeprowadzenie ilościowej analizy parametrów badanych układów. Zaprezentowano również wyniki badań prowadzonych w trybie kalibrowanej mikroskopii sił atomowych (ang. Calibrated Atomie Force Microscopy- CD AFM), mikroskopii bliskiego pola optycznego (ang. Scanning Nearfield Optical Microscopy- SNOM) oraz mikroskopii sił atomowych z piezoelektrycznym rezonatorem kwarcowym, pełniącym rolę czujnika siły skupionej na mikroostrzu.

EN

In this article we describe application of Scanning Probe Microscopy in measurements of micro- and nanostructures. We will describe the experimental setup and principles of methods and techniques, which are devoted to quantitative investigations of nanostructures. In our work we will present the results of measurements using Calibrated Atomic Force Microscopy, Scanning Nearfield Optical Microscopy and Scanning Probe Microscopy with piezoelectrical quartz resonator as a detector of forces acting at the microtip.