Nanomechanische Resonatoren

Nanomechanical Resonators

  • Diese Arbeit beschreibt die Herstellung und Charakterisierung von zwei unterschiedlichen Arten nanomechanischer Resonatoren. Der Fokus liegt auf der Probenpräparation, insbesondere auf der Strukturierung mit Hilfe der Elektronenstrahllithografie. Nanomechanische Drähte bestehen aus einem freitragenden Steg mit Abmessungen im Nanometerbereich und bilden die Grundlage für verschiedene miniaturisierte Sensoren. Um das Dämpfungsverhalten dieser Bauteile systematisch zu untersuchen, werden sie durch elektromagnetische Anregung zu resonanten Schwingungen gezwungen und die dabei auftretenden Energieverluste detektiert. Nanomechanische Pendel, Stempel mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm und einem möglichst großem Aspektverhältnis, ermöglichen unter geeigneten Bedingungen den Transport einzelner Elektronen und sind das Schlüsselelement zur Herstellung nanomechanischer Computer. Die Arbeit erklärt anhand verschiedener Oszillatormodelle die Bewegung der Resonatoren im linearen sowie nichtlinearen Bereich. Mehrere Möglichkeiten, die Resonanzfrequenz der Bauteile abzuschätzen, werden vorgestellt. Die Einflüsse der unterschiedlichen Dämpfungsmechanismen auf den Gütefaktor werden betrachtet. Grundlage für die Strukturierung der Resonatoren sind Silizium- bzw. Siliziumnitridsubstrate. Die zur Herstellung solcher Strukturen notwendigen Prozessschritte werden detailliert beschrieben. Die zur elektrischen Charakterisierung verwendeten Aufbauten werden erläutert und erste Messergebnisse werden vorgestellt und gedeutet.
  • In this work the fabrication and characterization of two different nanomechanical resonators are presented. The focus is on the preparation of the samples, particularly the structuring using electron beam lithography. Nanomechanical wires consist of a double-clamped cantilever beam with dimensions in the nanometer range. They serve as basis for different kinds of miniaturized sensor applications. The characterization of energy losses during the electromagnetic exitation of these devices is used to investigate the damping mechanisms systematically. Nanomechanical pendulums are stamps with a diameter less then 100 nm and an aspect ratio as high as possible. Under certain conditions they allow the transport of single electrons and they are the base of nanomechanical computers. This work explains the movement of the resonators in the linear and non-linear regime using models of different oscillators. Various methods to estimate the resonance frequency of such devices are introduced and different kinds of damping mechanisms as well as their influence on the quality factor are shown. The fabrication of these devices made of silicon by using the techniques of electron-beam lithography, metal evaporation, lift-off and reactive ion etching is presented. The measurement setups which were used for the electrical characterization are introduced and first measurement data are shown.

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Metadaten
Author:Tommy Schönherr
Advisor:Artur ErbeGND, Jürgen Grimm
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Name:Forschungszentrum Dresden-Rossendorf e.V.
Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden
Date of Publication (online):2010/01/15
Year of first Publication:2009
Date of final exam:2010/01/04
Tag:Nanomechanik
GND Keyword:Nanostruktur; Resonator; Elektronenstrahllithographie
Page Number:67 Seiten, 33 Abb., 7 Tab., 49 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Elektrotechnik
Release Date:2010/01/15