Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltrekord: Elastizitätsmodul-Messung an 4,3 Nanometer dünnen Schicht geglückt

31.01.2002


Die zärtliche Berührung eines winzigen Diamanten
Weltrekord: Elastizitätsmodul-Messung an 4,3 Nanometer dünnen Schicht geglückt

Ultradünne Schichten mit Dicken von einigen zehn bis hundert Nanometern (das sind Millionstel Millimeter) werden in der Technik immer wichtiger: Sie sorgen als Isolatoren in Computerchips dafür, dass künftige Computerprozessoren noch kleiner und leistungsfähiger werden, sie machen Werkzeuge haltbarer oder vergüten Fotoobjektive. Die mechanischen Eigenschaften dieser Schichten, die wesentlich die Qualität der Bauteile bestimmen, ließen sich jedoch bisher nur schwer feststellen. Die Messmethoden waren dazu nicht empfindlich genug. Deshalb war es bislang auch nicht möglich, Schichtsysteme mit ganz speziellen mechanischen Eigenschaften optimiert für den jeweiligen Anwendungsfall herzustellen.

Den Wissenschaftlern Dr. Thomas Chudoba und Dr. Norbert Schwarzer, beide sind Mitarbeiter am Institut für Physik der TU Chemnitz (Professuren Technische Physik (Prof. Dr. Günther Hecht) und Physik fester Körper (Prof. Dr. Frank Richter)), ist es nun erstmals gelungen, mit einem neuartigen Messverfahren den Elastizitätsmodul an Schichten mit Dicken bis unter zehn Nanometern zu messen. Das Verfahren beschreibt Dr. Chudoba so: "Ein kugelförmiger Eindruckkörper aus einem winzig kleinen Diamanten mit einem Radius von einigen Tausend Nanometer dringt elastisch in die Oberfläche ein. Sowohl die Kraft als auch die Deformation kann so mit hoher Genauigkeit gemessen werden". Dieser Diamant wird mit einer Kraft von teilweise weniger als einem Tausendstel Newton in die oft nur wenige hundert Nanometer dicke Oberflächenschicht eingedrückt, die untersucht werden soll. Die Verformung ist dabei von der aufgewandten Kraft abhängig.

Bisher wurden bei dieser so genannten Indenter-Methode vorrangig pyramidenförmige Spitzen (Berkovich-Indenter) verwendet. Genaue Elastizitätsmodul-Messungen an Schichten mit Dicken unterhalb von 200 Nanometern sind damit jedoch bisher nicht möglich gewesen, da der negative Einfluss des Substrates auf das Ergebnis nicht eliminiert werden kann. Das ist nun mit der neuen Untersuchungsmethode unter Nutzung kugelförmiger Spitzen gelungen: Vor wenigen Wochen wurde von Dr. Chudoba als bisheriger Weltrekord der Elastizitätsmodul an einer nur 4,3 Nanometer dünnen DLC-Schicht (DLC = diamond like carbon, diamantähnlicher Kohlenstoff) auf einem Siliziumsubstrat gemessen. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 15.000-mal dicker.

Die Chemnitzer Messergebnisse wurden mit denen der einzigen alternativen Methode verglichen, die am Fraunhofer Institut für Werkstoffforschung und Strahlentechnologie IWS Dresden entwickelt wurde und bei der Ultraschall-Oberflächenwellen für die Messung genutzt werden. "Die Werte stimmen im Rahmen der Fehlergrenzen beider Methoden hervorragend überein. Das ist insofern von Bedeutung, als es bisher keinen Standard für solch dünne Schichten gibt und keine Aussage darüber möglich war, welche Methode richtige Ergebnisse liefert", versichert Dr. Chudoba. Da die Indenter-Methode neben dem Elastizitätsmodul beispielsweise auch die Fließgrenze - eine charakteristische Spannung, bei der gerade der Übergang von rein elastischer zu plastischer Deformation erfolgt - ermitteln kann, eröffnen sich durch die Chemnitzer Ergebnisse neue Perspektiven für die Messung mechanischer Eigenschaften ultradünner Schichten.

Von den Chemnitzer Forschungsergebnissen profitiert auch das Kompetenzzentrum "Ultradünne funktionale Schichten", das als eines von mehreren Kompetenzzentren vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. Es wird vom Fraunhofer IWS Dresden koordiniert. 38 Unternehmen, 14 Hochschulinstitute - so auch das Chemnitzer Institut für Physik -, 19 Forschungseinrichtungen und sechs Verbände haben sich 1998 darin zu einem Netzwerk zusammengeschlossen.

Weitere Informationen erteilt Dr. Thomas Chudoba, Telefon (03 71) 5 31 - 31 15, E-Mail  t.chudoba@physik.tu-chemnitz.de .

Dipl.-Ing. Mario Steinebach | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-chemnitz.de/physik/TPH/

Weitere Berichte zu: Chudoba Elastizitätsmodul-Messung Nanometer Schicht

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten
21.08.2017 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

nachricht Ein Hauch von Galaxien im Zentrum eines gigantischen Galaxienhaufens
21.08.2017 | Universität Heidelberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik