Tâche 3 : Commande robuste pour la manipulation très précise et la caractérisation

La manipulation et la caractérisation de composants de faibles dimensions tels que des échantillons pour microscopes électroniques en transmission (TEM) ou des nanotubes de carbone est une tâche complexe. En effet, à ces échelles dimensionnelles où des précisions de positionnement nanométriques sont requises, les effets d'échelle, les incertitudes et les rapports signal/bruit extrêmement défavorables limitent les performances des systèmes de manipulation.


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Pour obtenir des niveaux de précision nanométriques, il est essentiel de considérer, d'une part, les bruits qui apparaissent et de développer des lois de commande robustes pour contrer les incertitudes intrinsèques aux microsystèmes.

Dans le but de maîtriser au mieux les conditions de travail et,  ainsi, garantir un bon niveau de répétabilité, les expérimentations de manipulation et de caractérisation seront effectuées à l'intérieur d'un microscope électronique à balayage (MEB). Une installation robotisée qui utilise la plate-forme µROBOTEX de l'EQUIPEX ROBOTEX est en cours de finalisation. Cette plateforme est construite autour d'un MEB Carl Zeiss AURIGA 60 possédant une chambre de travail hors normes (diamètre : 50 cm, hauteur : 30 cm)  et autorisant l'introduction de divers instruments et microrobots.


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La caractérisation des bruits apparaissant dans un MEB est une problématique nouvelle qui résulte des besoins actuels sur l'étude de nano composants. Une première étude sur l'identification des sources de bruit agissant sur les microsystèmes à l'air libre, leur modélisation et leur utilisation dans des lois de commande a déjà été effectuée. Elle a notamment montré l'effet important des bruits acoustiques, des bruits thermiques et des vibrations mécaniques transmises par le sol.


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L'analyse et la modélisation des bruits apparaissant dans un MEB requièrent, d'une part, l'étude de la modification des effets des bruits existants à l'air libre en raison du vide d'air et, d'autre part, l'étude des bruits supplémentaires apportés par le fonctionnement du MEB. Il s'agit principalement des effets thermiques localisés et des bruits électrostatiques apportés par la mise en service de la colonne MEB. L'un des objectifs majeurs de la tâche 3 consiste à déterminer une modélisation globale des différents bruits affectant les tâches de caractérisation et de manipulation d'échantillons à l'échelle nanométrique. Dans ce but, l'usage in-situ d'un instrument de mesure de position à haute résolution et à large bande passante est nécessaire. Une installation complète permettant l'introduction d'une tête de mesure interférométrique laser à l'intérieur de la chambre du MEB a été conçue et réalisée. La configuration de cette installation autorise une mesure simultannée à l'aide de l'intérféromètre laser et du MEB. Ce procédé permettra la caractérisation précise des effets induits par la mise en service de la colonne MEB et de corriger les effets de dérive intrinsèques aux mesures par vision MEB. Les caractéristiques de l'interféromètre laser utilisé sont :
- résolution : 0,1 nm
- bande passante : 1 MHz
- distance de travail : 30 mm

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Les travaux en cours concernent l'analyse des différents bruits sur des objets-tests allant de poutres de longueurs centimétriques en aluminium à des leviers d'AFM (Atomic Force Microscope) en silicium de quelques centaines de micromètres de long. Par la suite, des essais de micro/nano-manipulation seront effectués sur des objets tels que des échantillons TEM (lamelles) ou des nano-fils.
 


FEMTO-ST ISIR LPN IRISA