Comparative nanometrology: Multi-technique characterization of nanohologram surfaces
Karşılaştırmalı nanometroloji: Nanohologram yüzeylerinin çoklu teknikle karakterizasyonu
- Tez No: 865519
- Danışmanlar: PROF. DR. NEVCİHAN GÜRSOY, DR. GÜNTHER POSZVEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Atomik kuvvet mikroskobu, Taramalı elektron mikroskobu, Uluslararası standartlar, Yüzey pürüzlülüğü, Atomic force microscope, Scanning electron microscope, International standarts, Surface roughness
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, nanohologram gömülü bir akıllı telefon kılıfı özelinde, nanometre ölçekli yapıların karakterizasyonu için çoklu metroloji sistemlerinin kapsamlı karşılaştırmalı değerlendirmesini sunmaktadır. Çalışma, dört bağımsız gelişmiş ölçüm sistemi kullanmaktadır: Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM - FEI Quanta 250 FEG), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM - Park Systems XE7), Sonsuz Odak Mikroskobu (IFM - Alicona InfiniteFocus 5G) ve uç profilometrisi (TopMap Micro.View). Her teknik farklı avantajlar sunar: AFM: Yerelleştirilmiş nanometre ölçekli analiz için olağanüstü dikey çözünürlük (<0.1 nm) ve farklı morfolojik bölgeler boyunca 4.757 ile 47.041 nm arasında değişen Ra değerleri SEM: Stereoskopik 3D rekonstrüksiyon yeteneği ile üstün yanal çözünürlük (30 kV'de 1.2 nm) ve harf özellikleri için 0.260–0.406 μm Sa değerleri IFM: ISO 25178 standartlarını takip ederek milimetre ölçekli alanlarda (100 mm × 100 mm'ye kadar) Sa = 0.103 μm ile hızlı alansal ölçümler (1.7 × 10⁶ nokta/s) için çok yönlülük Profilometri: Doğrudan mekanik temas yoluyla optik teknikler için doğrulama standardı olarak hizmet eden, 0.1 nm dikey çözünürlük ve mükemmel uzun dalga boyu doğruluğu ile izlenebilir doğrulama (Sa = 72.3 nm) Çok ölçekli ölçüm stratejisi, her tekniğin tamamlayıcı uzamsal frekans bileşenlerini yakaladığını göstermektedir: AFM ince nanometre ölçekli dokuyu ölçer (10–50 μm arama alanları içinde 4.757–47.041 nm Ra); SEM bireysel desen öğelerini karakterize eder (50 μm bölgeler boyunca harf özellikleri için 0.260–0.406 μm Sa); IFM işlevsel makro ölçekli pürüzlülük sağlar (mm² alanlar üzerinde tüm nanohologram yüzeyi boyunca 0.103 μm Sa); ve profilometri boyutsal doğruluğu doğrular (100 mm geçiş uzunluğu boyunca ISO izlenebilirliği ile 72.3 nm Sa). Ölçülen değerlerdeki görünür farklılıklar, tutarsızlıklar yerine tamamlayıcı ölçüm ölçeklerini yansıtır ve kapsamlı nanohologram metrolojisi için gerekli hiyerarşik karakterizasyon yaklaşımını oluşturur. Temel bulgular, Sa parametresinin (aritmetik ortalama yükseklik) ISO 25178 standartlarına göre 3D yüzey pürüzlülüğü değerlendirmesi için en uygun olduğunu ortaya koymakta ve nanohologram için IFM ile ölçümde ortalama 0.103 μm değeri vermektedir. İstatistiksel analiz, tutarlı üretim süreçlerini gösteren neredeyse Gauss dağılımlı bir yükseklik dağılımı (Ssk ≈ 0.3, Sku ≈ 3.5) göstermektedir. Araştırma, teknik seçimi için pratik kılavuzlar oluşturmakta ve çoklu teknik entegrasyonunun en kapsamlı karakterizasyonu sağladığını göstermektedir. Korelatif SEM-AFM görüntüleme, optik, mikroelektronik ve biyomedikal mühendislikte gelecekteki uygulamalar için özel bir umut göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a comprehensive comparative evaluation of multiple metrology systems for characterizing nanoscale structures, specifically focusing on a nanohologram-embedded smartphone case. The study employs four independent advanced measurement systems: Scanning Electron Microscopy (SEM - FEI Quanta 250 FEG), Atomic Force Microscopy (AFM - Park Systems XE7), Infinite Focus Microscopy (IFM - Alicona InfiniteFocus 5G), and stylus profilometry (TopMap Micro.View). Each technique offers distinct advantages: AFM: Exceptional vertical resolution (<0.1 nm) with Ra values ranging from 4.757 to 47.041 nm across different morphological zones for localized nanoscale analysis SEM: Superior lateral resolution (1.2 nm at 30 kV) with Sa values of 0.260–0.406 μm for letter features, demonstrating stereoscopic 3D reconstruction capability IFM: Versatility in rapid areal measurements (1.7 × 10⁶ points/s) with Sa = 0.103 μm across millimeter-scale areas (up to 100 mm × 100 mm) following ISO 25178 standards Profilometry: Traceable validation (Ra = 72.3 nm) with 0.1 nm vertical resolution and excellent long-wavelength accuracy, serving as the validation standard for optical techniques through direct mechanical contact The multi-scale measurement strategy demonstrates that each technique captures complementary spatial frequency components: AFM measures fine nanoscale texture (4.757–47.041 nm Ra within 10–50 μm scan areas); SEM characterizes individual pattern elements (0.260–0.406 μm Sa for letter features across 50 μm regions); IFM provides functional macroscale roughness (0.103 μm Sa across the entire nanohologram surface over mm² areas); and profilometry validates dimensional accuracy (72.3 nm Ra with ISO traceability across 100 mm traverse length). The apparent differences in measured values reflect complementary measurement scales rather than inconsistencies, establishing a hierarchical characterization approach essential for comprehensive nanohologram metrology. Key findings reveal that the Sa parameter (arithmetic mean height) is the most suitable for 3D surface roughness evaluation according to ISO 25178 standards, yielding an average value of 0.103 μm for the nanohologram measured by IFM. Statistical analysis shows a near-Gaussian height distribution (Ssk ≈ 0.3, Sku ≈ 3.5), indicating consistent manufacturing processes. The research establishes practical guidelines for technique selection and demonstrates that multi-technique integration provides the most comprehensive characterization. Correlative SEM-AFM imaging shows particular promise for future applications in optics, microelectronics, and biomedical engineering.
Benzer Tezler
- Comparative study of the built-in-storage solar water heaters
Başlık çevirisi yok
MOHAMAD ADNAN M. CHAİKH WAİS
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. AHMET ECEVİT
- Comparative evaluation of the software implementation costs of data encryption methods
Başlık çevirisi yok
ELVAN GÖÇMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
1991
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. A. MÜRŞİT ESKİCİOĞLU
- Comparative evaluation of fuzzy control schemes in robotic applications
Başlık çevirisi yok
NURDAN BEKİROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
1991
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiPROF.DR. YORGA İSTEFANOPULAS
- Comparative investigation of selective attention in visual recognition
Başlık çevirisi yok
MEHMET NURETTİN YAĞCI
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ETHEM ALPAYDIN
- Comparative study on the current limit state design codes and specifications of steel structures
Başlık çevirisi yok
MAHMUT CEM SAVAŞKAN