Schnelle breitbandige Mikrowellenmikroskopie (FABSMM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sergej Fatikow
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448404610

Die Rastermikrowellenmikroskopie (SMM) kombiniert die Rastersondenmikroskopie (SPM) mit der Mikrowellenmesstechnik & ist somit ein multimodales System. Durch die Verwendung elektromagnetischer Wellen ist es möglich, neben der Topographie elektromagnetische Eigenschaften zu messen. Insbesondere Breitband-SMM (BSMM), das im Fokus dieser Arbeit steht, kann Materialien umfangreich elektrisch analysieren. In einem Scan wird die elektromagnetische Spektralantwort von nanoskaligen Proben vermessen. Darüber hinaus können Strukturen hunderte Nanometer unter der Oberfläche, sowie die Dotierungskonzentration von Halbleitern zerstörungsfrei bestimmt werden. BSMM hat zurzeit jedoch zwei Nachteile: 1) Es ist ein sehr langsamer Scanprozess. Dies ist ein Problem im Nanometerbereich, da es unmöglich ist, die Scanbedingungen wie Temperatur oder Vibrationen über einen langen Zeitraum konstant zu halten. Insbesondere die Analyse von biologischen oder beweglichen Objekten ist somit überhaupt nicht, oder nur mit eingeschränkter Genauigkeit möglich. 2) Ein BSMM-Scan führt zu einer großen Menge an Messdaten: die Topographiedaten durch das SPM-System & zwei „Datenwürfel“ des komplexen Streuparameters S11. Je mehr Daten jedoch vorhanden sind, desto schwieriger ist es, diese korrelativen Daten zu verarbeiten & zu interpretieren. Der in diesem Projekt vorgeschlagene Ansatz wird diese Nachteile mit zwei unterschiedlichen Strategien optimieren. 1) Es werden verbesserte Scanmethoden in Kombination mit Rekonstruktionsalgorithmen angewendet. Dies reduziert die Menge der Daten & beschleunigt den Scan. Die beste Kombination aus Scantechnik & Rekonstruktionsalgorithmus muss hier ermittelt werden. 2) Es werden Voruntersuchungen auf die zu vermessende Probe angewendet, die die Frequenzen identifizieren die für das Testsubstrat von hoher Bedeutung sind & welche vernachlässigt werden können. Am Ende werden beide Strategien gleichzeitig verwendet um Proben schneller mit reduzierten Messdaten & einer einfacheren Datenverarbeitung umfangreich elektr. zu charakterisieren. Als Probe für dieses Projekt wird ein kommerziell erhältlicher elektr. Speicherbaustein der Firma Bruker verwendet. Die elektromagnetische Spektralantwort dieser Probe zeigten in Voruntersuchungen sehr starke Reaktionen auf die PN-Übergänge der gemessenen Transistoren. Dies wird während der Projektlaufzeit weiter untersucht. Beide vorgeschlagenen Strategien werden auf diese Probe angewendet & evaluiert. Durch die Durchführung dieses Projektes werden somit neue Erkenntnisse von dotierten Halbleitern mit der Verwendung von BSMM gewonnen. Zudem kann durch den Einsatz der Strategien das Anwendungsgebiet von BSMM ausgeweitet werden, da die Messdatenmenge reduziert & die Messgeschwindigkeit erhöht wird. Das vorgeschlagene Verfahren basiert auf früheren DFG-ANR Projektarbeiten, bei denen ein Einfrequenz-SMM in die Kammer eines Rasterelektronenmikroskops integriert wurde, um Atto-Farad große Kapazitäten & Speicher zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen