Compensation of thermal drift effects in atomic force microscopy using probabilistic state estimation

使用概率状态估计补偿原子力显微镜中的热漂移效应

基本信息

项目摘要

Since more than two decades, the atomic force microscope (AFM) represents an essential instrument in various disciplines covering life science, biology, material science, semiconductor industries, and micro- and nanotechnology in general. It has revolutionized surface analysis by providing high-resolution visualization of structures at micro-, nano-, and atomic scales. While AFM was first only used for imaging the topography of a sample, different operation modes evolved over time including electrical, magnetic, and chemical measurements. The need for novel lithographic methods providing higher resolution than conventional lithographic processes and enabling to process new materials (e.g. biomaterials) have motivated research in the domain of AFM-based lithography. Intense research has also been carried out on the manipulation of individual micro-/nanoentities with the AFM tip. Promising potential applications of such AFM-based assembly are e.g. prototyping of novel nanoelectronic devices and systems based on nanomaterials such as CNTs, DNA, single-graphene layers, nanowires, etc. A problem that is affecting almost every application area of AFM is the presence of thermal drift induced. Thermal drift originates from small changes in temperature and differences in the coefficient of thermal expansion of the different components of the AFM (or SPM in general). This results in an unknown, time-variant displacement of the probe relative to the sample in all three dimensions. This motion is generally slow, but it is causing distortions in images and lithographic processes, falsifying spectroscopy results, and compromising the success of nanomanipulations. In the proposed project our major objective is the development of a flexible drift compensation system applicable in the context of imaging, spectroscopy as well as nanomanipulation tasks. The developed methods should allow for an active compensation of thermal drift during image acquisition and manipulation in real-time without any prior knowledge of the sample properties or drift state. Moreover, it should compensate drift in all three dimensions thus not limiting the field of application. To reach these objectives a probabilistic algorithm will be developed incorporating non-raster scanning methods, generally valid models describing AFM topography data as well as a probabilistic model describing drift. The algorithm will be based on Bayesian filtering to incorporate the uncertainties introduced by inaccurate models. The system will be experimentally validated on different systems using a custom-made AFM control architecture in the context of AFM-based automated manipulation of different nanoobjects.
自二十多年以来,原子力显微镜(AFM)代表了涵盖生命科学,生物学,材料科学,半导体行业以及微技术的各种学科中的重要工具。它通过在微型,纳米和原子尺度上提供高分辨率的结构可视化来彻底改变了表面分析。虽然AFM首先仅用于对样品的地形进行成像,但随着时间的推移,不同的操作模式随时间发展,包括电气,磁性和化学测量。比传统的光刻过程和能够处理新材料(例如生物材料)的新型光刻方法的需求具有更高的分辨率。还对用AFM尖端操纵单个微/纳米含量进行了激烈的研究。这种基于AFM的组装的有希望的潜在应用是例如基于纳米材料(例如CNT,DNA,单格烯层,纳米线等)基于纳米材料的新型纳米电器设备和系统的原型。热漂移源于温度的较小变化和AFM不同组分(或SPM)不同组件的热膨胀系数的差异。这会导致探针相对于样品在所有三个维度中的未知时变化的位移。这种运动通常很慢,但是正在引起图像和光刻过程中的扭曲,伪造光谱结果以及损害纳米流动的成功。在拟议的项目中,我们的主要目标是开发适用于成像,光谱和纳米操纵任务的灵活漂移补偿系统。开发的方法应允许在图像采集和实时操纵过程中对热漂移的积极补偿,而不必先验地了解样品特性或漂移状态。此外,它应补偿所有三个维度的漂移,因此不会限制应用领域。为了达到这些目标,将开发出概率算法,并结合非悬挂扫描方法,通常描述AFM地形数据以及描述漂移的概率模型的有效模型。该算法将基于贝叶斯过滤,以结合不准确模型引入的不确定性。在基于AFM的自动操纵不同纳米对象的背景下,将使用定制的AFM控制体系结构在不同系统上实验验证该系统。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Sergej Fatikow其他文献

Professor Dr.-Ing. Sergej Fatikow的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Sergej Fatikow', 18)}}的其他基金

Fast Broadband Scanning Microwave Microscopy (FABSMM)
快速宽带扫描微波显微镜 (FABSMM)
  • 批准号:
    448404610
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Ultra Small Surface Force Measurements in Vacuum
真空中超小表面力测量
  • 批准号:
    403719155
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Liquid Contact Probing inside the SEM
SEM 内的液体接触探测
  • 批准号:
    381855500
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Scanning Probe Processing of 2D Materials
二维材料的扫描探针加工
  • 批准号:
    315857893
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Vacuum Scanning Microwave Microscopy for quantitative characterization of sub-10 nm and atto-Farad scale capacitors and memories
真空扫描微波显微镜,用于对亚 10 nm 和阿托法拉级电容器和存储器进行定量表征
  • 批准号:
    258650972
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Reliable Assembling of Colloidal Nanoparticles in Two and Three Dimensions by Dual-AFM-based Handling inside a Scanning Electron Microscope
通过在扫描电子显微镜内基于双 AFM 的处理实现二维和三维胶体纳米颗粒的可靠组装
  • 批准号:
    213422375
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Eigenschaften funktionaler Strukturen auf der Nanoskala, hergestellt durch elektronen-strahlgestützte Verfahren.
通过电子束辅助工艺产生的纳米级功能结构的特性。
  • 批准号:
    170948727
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Nutzung lateraler Vibrationen und Oszillationen von AFM-Cantilevern zur Durchführung von Nanomanipulationen (NanoLatVib)
利用 AFM 悬臂的横向振动和振荡来执行纳米操作 (NanoLatVib)
  • 批准号:
    37292487
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Development of a Nanohandling Desktop Station for Nanocharacterization of CNTs and biological cells by a piezoresistive AFM Probe (NaDeSta)
开发纳米处理桌面站,通过压阻式 AFM 探针 (NaDeSta) 对 CNT 和生物细胞进行纳米表征
  • 批准号:
    33155844
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Development of an SPM-based micro force sensor and its integration in a flexible micro robot
基于SPM的微力传感器的开发及其集成到柔性微型机器人中
  • 批准号:
    5341890
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

基于走航观测的南极海域夏季湍流热通量特征及参数化研究
  • 批准号:
    42305078
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
抗HTNV抗体mRNA修饰MSC在肾综合征出血热治疗中的作用研究
  • 批准号:
    82302487
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于磁-热场映射参数解耦辨识的永磁体健康状态监测方法研究
  • 批准号:
    52307048
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
金属矿深开采热-质协同效应对通风阻力的影响机制研究
  • 批准号:
    52374209
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
可控性“冷-热”转换型DLL3-CAR-MSCs的设计构建及其协同ICIs治疗小细胞肺癌的实验研究
  • 批准号:
    82303759
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

INTEPS - INtegrated optical ThErmal Phosphorescence System
INTEPS - 集成光学热磷光系统
  • 批准号:
    10089333
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Collaborative R&D
Thermal engineering in semiconductor heterojunction for space transducers
空间换能器半导体异质结的热工程
  • 批准号:
    DP240102230
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Projects
High-performance thin film porous pyroelectric materials and composites for thermal sensing and harvesting
用于热传感和收集的高性能薄膜多孔热释电材料和复合材料
  • 批准号:
    EP/Y017412/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Fellowship
Collaborative Research: NSFDEB-NERC: Warming's silver lining? Thermal compensation at multiple levels of organization may promote stream ecosystem stability in response to drought
合作研究:NSFDEB-NERC:变暖的一线希望?
  • 批准号:
    2312706
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
MCA: Cellular Responses to Thermal Stress in Antarctic Fishes: Dynamic Re-structuring of the Proteome in Extreme Stenotherms
MCA:南极鱼类对热应激的细胞反应:极端钝温鱼蛋白质组的动态重组
  • 批准号:
    2322117
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了