Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Mikroskopia sił "shear force" w badaniu topografii i właściwości emisyjnych powierzchni

100%

Sikora A. , Gotszalk T. , Szeloch R.

|

tom Vol. 46, nr 2-3

67-68

PL

W pracy przedstawiono modularny mikroskop bliskich oddziaływań "shear force" i tunelowy, umożliwiający lokalne badanie topografii oraz właściwości emisyjnych z powierzchni. Zaprezentowano przykładowe wyniki pomiarów.

EN

In this article a modular near field-shear force microscope combined with tunneling microscope. Presented setup can be used for local electrical surface properties investigation. Some measurements results will be presented.

2

Układ samowzbudny na bazie wagi kwarcowej do kalibracji mikroskopu AFM

100%

Świątkowski M. , Wielgoszewski G. , Olszewski J. , Gotszalk T.

|

2011

|

tom R. 79, nr 10

26-28

PL

Przedstawiono opis metody wzorcowania siły nacisku, konstrukcję układu generatora samowzbudnego oraz precyzyjny licznik częstotliwości.

EN

The paper presents a method of calibrating of force, design of self-excited generator and precise frequency meter.

3

Szybki i wysokorozdzielczy miernik częstotliwości na bazie układów FPGA

100%

Szecówka P. , Sługocki G. , Gotszalk T.

|

2009

|

tom Vol. 50, nr 10

113-116

PL

Artykuł przedstawia koncepcję szybkiego pomiaru stosunkowo niskich częstotliwości. Zaproponowano architekturę specjalizowanego układu cyfrowego. Opisano implementację w języku VHDL, konstrukcję z układem FPGA i fizyczne testy miernika. W przykładowej wersji, wykonanej dla potrzeb pomiarów częstotliwości rezonansowych w mikroskopii sił atomowych AFM, urządzenie pozwala mierzyć częstotliwości z zakresu 10...140 kHz, z rozdzielczością pojedynczych Hz. w czasie poniżej 300 μs. W projekcie zastosowano własną konstrukcję sekwencyjnego mechanizmu realizującego arytmetyczną operację dzielenia. Oprócz wyświetlacza LCD, urządzenie wyposażono w przetwornik cyfrowo-analogowy, rozszerzający jego funkcjonalność o konwersję częstotliwość-napięcie.

EN

The paper presents a concept of fast measurement of relatively low frequency. Architecture of dedicated digital circuit is proposed. The design was implemented in VHDL. The prototype with functionality embedded in FPGA was constructed and physically tested. Presented version of device, dedicated for the resonant frequency measurements in Atomic Force Microscopy works for the range of 10 kHz -140 kHz, with resolution of 1 Hz and accuracy of 0.01%, Single measurement takes less than 300 μs. In-house developed sequential arithmetic module for division was applied. Besides the LCD output, the device is equipped with D/A converter which extends its functionality to frequency-to-voltage conversion.

4

Mikrowaga kwarcowa – platforma do pomiarów biologicznych

75%

Świątkowski M. , Waszczuk K. , Olszewski J. , Gugła G. , Drulis-Kawa Z. , Gotszalk T.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

tom R. 86, nr 10

96-98

PL

Obok kamertonów kwarcowych i mikromechanicznych belek sprężystych, w Zakładzie Metrologii Mikro- i Nanostruktur Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej prowadzi się badania z zastosowaniem piezoelektrycznych wag kwarcowych. Ich zaletą jest bardzo duża powierzchnia czujnika w porównaniu do czujników mikromechanicznych. Pozwala to, między innymi, na zastosowanie standardowych obecnie technik pracy z mikroorganizmami, takich jak zakładanie hodowli bakterii. W pracy przedstawiona zostanie głowica pomiarowa mikrowag kwarcowych przystosowana do pracy w środowisku cieczowym. Dodatkowo opracowana konstrukcja może być jałowiona w autoklawie, co z punktu widzenia badań mikrobiologicznych stanowi o jej wartości. Zaprezentowane zostaną również wyniki skalowania odpowiedzi czujnika, które zostało przeprowadzone w drodze obserwacji krzywych amplitudowych rezonatora obciążanego znaną masa testową. W badaniach zastosowano etanol, aceton, izopropanol, wodę destylowaną oraz pożywkę bakteriologiczną. W ten sposób możliwe będzie skalowanie elektrycznej odpowiedzi czujnika względem masy adsorbującej się na powierzchni wagi. W skonstruowanym układzie zaobserwowano czułość układu równą 3 ng przy zmianie częstotliwości rezonansowej o 1 Hz. Uzyskane dane wskazują, że opisywana platforma znajdzie zastosowanie do monitorowania obecności bakterii w badanym środowisku.

EN

Nowadays there are being investigated MEMS sensors in biological applications. In our group, there are three types of sensors used, which can be applied for such measurements. These are quartz tuning forks, spring microcantilevers and quartz crystal microbalances (QCM). Main advantage of QCM discs is its large area (about 1cm2), which makes it suitable for standard biological procedures. It is easy to prepare static liquid cell with sensor, which can be filled up with broth and monitor bacteria growth. Presented liquid cell is resistant to sterilization methods, such as autoclaving procedures, which is very important in microbiological applications. In the paper will be presented designed static liquid cell for QCM liquid measurements. Also we will show results of response calibration of the sensor. Procedure involves loading of a known mass onto the sensor surface. Results show that resonance frequency shift of 1 Hz refers to 3 ng of added mass. Obtained results may raise a conclusion that described platform will find an application in monitoring presence of a bacteria in an environment.

5

Wykorzystanie matrycy kamertonów piezoelektrycznych do wysokorozdzielczych pomiarów masy biomolekuł

75%

Waszczuk K. , Olszewski J. , Świątkowski M. , Herwich W. , Gotszalk T. , Rybka J.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

tom R. 86, nr 10

122-125

PL

W pracy zaprezentowano system pomiarowy CIS-1A zrealizowany w ramach projektu „Czujniki i sensory do pomiarów czynników stanowiących zagrożenia w środowisku – modelowanie i monitoring zagrożeń” nr POIG.01.03.01-02-002/08. Prowadzone prace mają na celu konstrukcję inteligentnych urządzeń umożliwiających detekcję w środowisku obecności szkodliwych gazów czy też skażenia wody lub artykułów spożywczych toksynami, bakteriami chorobotwórczymi, wirusami lub grzybami. Bazę systemu stanowi matryca kamertonów piezoelektrycznych, pełniących funkcję czujników masy. Poszczególne elementy systemu CIS-1A zostały zoptymalizowane pod kątem uzyskania jak najlepszej rozdzielczości pomiaru masy. Wyniki teoretycznej analizy czułości kamertonów kwarcowych potwierdzone poprzez szereg eksperymentów kalibracyjnych wykazały przydatność systemu CIS-1A w opisywanych zastosowaniach.

EN

CIS-1A measurement system constructed in project “Sensors for detection of dangerous factors in the environment – modeling and detection” POIG.01.03.01-02-002/08 is presented in this paper. Purpose of the project is to construct intelligent devices capable of detecting presence of harmful gases in the environment, pathogenic bacteria, viruses or fungi in food or water. A matrix of piezoelectric tuning forks working as mass sensors is the basis of CIS-1A system. Elements of the system have been optimized to achieve best measurement resolution. Theoretical analysis of tuning forks sensitivity and sensor calibration experiments prove their usefulness in described applications.

6

Ocena parametrów metrologicznych mikromechanicznych dźwigni piezorezystywnych

75%

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

|

tom 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.

7

Skalowanie optycznego czujnika sił tarcia mikroskopu sił atomowych

75%

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

|

tom 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.

8

3-D silicon micromachining for AFM/LFM microprobe development

75%

Grabiec P. , Domański K. , Dumania P. , Studzińska K. , Gotszalk T. , Rangelow I. W. , Sunyk R.

|

2000

|

tom Vol. 33, No. 4

577-591

EN

Results of work on the development of microprobes for the simultaneous Atomic/Lateral Force Measurements (AFM/LFM) are presented. AFM/LFM microprobes for surface characterization were modelled using FEM, designed and fabricated using 3-D silicon processing sequence. Finally microprobes were evaluated by using them for characterization of the test surfaces.

9

Mikroskopia bliskiego pola optycznego na bazie rezonatorów kwarcowych

75%

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

|

tom 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

Quantum mechanical aspects in the MEMS/NEMS technology

75%

Słowik O. , Orłowska K. , Kopiec D. , Janus P. , Grabiec P. , Gotszalk T.

|

tom Vol. 62, No. 3

87--91

EN

According to the scaling laws for nanomechanical resonators, many of their metrological properties improve when downscaled. This fact encourages for constant miniaturization of MEMS/NEMS based sensors. It is a well known fact, that the laws of classical physics cannot be used to describe the systems which are arbitrarily small. In consequence, the classical description of nanoresonators must break down for sufficiently small and cool systems and then the quantum effects cannot be neglected. One of the fundamental question which arises is, how one may investigate quantum effects in MEMS/NEMS sensors and what is the influence of quantum effects on the performance of such systems. In this paper we would like to raise those issues by presenting the results of our work related to our estimations and calculations of MEMS/NEMS dynamics. The first and second sections are of theoretical character. In the first section (Classical modeling), we describe the classical methods for describing the resonator dynamics and the classical limit on the resolution of MEMS/NEMS based force sensors, which is set by the thermomechanical noise. In the second section (Quantum aspects), we concentrate on the quantum description of micro and nanoresonators and the influence of quantum effects, such as zero-point motion and back-action, on their performance (quantum limits). The third section is devoted to the presentation of our experimental methods of MEMS/NEMS deflection metrology, i.e. Optical Beam Deflection method (OBD) and fibre optics interferometry.

11

Wybrane zagadnienia metrologii mikro- i nanostruktur

63%

Gotszalk T. , Jóźwiak G. , Kowalski Z. , Nitsch K. , Piasecki T. , Radojewski J. , Sankowska A. , Serafińczuk J. , Szecówka P.

|

tom Vol. 53, nr 2

40-47

PL

W artykule przedstawione zostały metody i techniki badań materiałów stosowanych we współczesnej mikro- i nanoelektronice oraz konstruowanych obecnie przyrządów i podzespołów. Metody bazujące na spektroskopii impedancyjnej, skaningowej mikroskopii elektronowej, mikroskopii bliskich oddziaływań, technikach jonowych, dyfraktometru rentgenowskiej, optoelektronice i technice światłowodowej, przetwarzaniu sygnałów i cyfrowych układach sterujących są rozwijane w Zakładzie Metrologii Mikro- i Nanostruktur od 2006. Dzięki integracji wspomnianych technik i ich odmian, dodatkowo z wykorzystaniem układów mikroelektromechanicznych, możliwe jest rozwiązanie wielu problemów, stojących przed współczesną metrologią mikro- i nanostruktur.

EN

In this paper, new methods of investigation of novel materials used and new tools and systems constructed in the course of the development of micro- and nanotechnology. Methods based on impedance spectroscopy, scanning electron microscopy, scanning probe microscopy, ion techniques, X-ray diffraction, optoelectronics and fiber techniques, signal processing and digital control devices have been developed in the Division of Metrology of Micro- and Nanostructures since 2006. By combining above-mentioned methods and their variations and including usage of microelectromechanical systems it is possible to solve various problems of modern metrology of micro- and nanostructures.

12

Stanowisko do badania dźwigni mikromechanicznych wzbudzanych elektromagnetycznie

63%

Majstrzyk W. , Kopiec D. , Raczkowski K. , Gosiewska A. , Świątkowski M. , Sierakowski A. , Grabiec P. , Gotszalk T.

|

tom Vol. 55, nr 10

23-25

PL

W pracy przedstawiono stanowisko pomiarowe do badania dźwigni mikro- oraz nanomechanicznych stanowiących z punktu widzenia nanometrologii atrakcyjne narzędzia umożliwiające poznanie zjawisk zachodzących w mikro- oraz nanoskali. Manipulacja wówczas wymaga odpowiednich narzędzi, które będą w stanie wykonać ruch rzędu pojedynczych nanometrów czy też działać siłą rzędu pojedynczych nanonewtonów. Struktury wykonane w Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie są idealnym przykładem narzędzi, które umożliwiają obserwację oraz manipulację w mikro- i nanoskali. Istotnym zagadnieniem z punktu widzenia metrologii jest ocena właściwości metrologicznych mikro- i nanostruktur. W głównej mierze interesujące są minimalne oraz maksymalne wartości mierzonych wychyleń oraz sił. Integracja, w strukturze dźwigni, aktuatora wychylenia w postaci pętli prądowej umieszczanej dodatkowo w polu magnetycznym stwarza możliwość kontrolowania wychylenia oraz drgań tego typu mikroprzyrządów.

EN

In this work measurement system for micro- and nanomechanical cantilevers characterization is presented. From metrological point of view they pose as convenient tools for recognition of phenomena occurring in micro- and nanoscale. Precise tools are required that will allow manipulation in single nanometer scale and exert force in range of nanonewtons. Structures developed in Institute of Electron Technology in Warsaw are best example of tools that allow observation and manipulation in micro- and nanoscale. The relevant issue is evaluation of metrological properties of micro- and nanostructures. In the main concern, the most interesting are minimum and maximum values of measured deflections and forces. Actuator integration in form of current loop in cantilever structure creates possibility to control the deflection and vibrations of such microtools.

13

Diagnostyka materiałów i układów mikro- i nanolektronicznych metodami modularnej mikroskopii bliskich oddziaływań

63%

Gotszalk T. , Radojewski J. , Szeloch R. , Marendziak A. , Sikora A. , Hasek T. , Kolanek K. , Grabiec P. , Rangelow I.

|

tom Vol. 45, nr 12

29-33

PL

Przedstawiono możliwości obserwacji właściwości układów i materiałów mikro- i nanometrowych oraz nanoelektronicznych metodami mikroskopii bliskich oddziaływań. Omówiono podstawowe tryby pomiarowe tej metody badawczej, jej możliwości pomiarowe i zasadnicze ograniczenia. Zaprezentowano również rodzinę modularnych mikroskopów bliskich oddziaływań skonstruowanych w Politechnice Wrocławskiej oraz wyniki badań topografii powierzchni, rozkładu napięć elektrycznych i temperatury występujących na powierzchni mikroelektronicznych ukladów mikrometrowych i mikrosystemów.

EN

In this article we describe the application of Scanning Probe Microscopy (SPM) in high resolution diagnostics of microelectronical devices and materials. In this experimental method the interactions between microtip with the tip radius of 10 nm located above the investigated structure surface are monitored. Based on this measurements various mechanical, thermal and electrical surface properties can be resolved within several nanometers. We will present results of thermal and electrical surface characterization using Scanning Thermal Microscopy (SThM) and Electrostatic Force Microscopy (EFM). We will also describe the sensor technology, which was developed in our group and which enables us to observe the surface thermal conductivity, electrical potentials and dopant profiles in micro- and nanostructures.

14

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

63%

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

|

tom 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.