Vision and visual servoing for nanomanipulation and nanocharacterization in scanning electron microscope. - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2013

Vision and visual servoing for nanomanipulation and nanocharacterization in scanning electron microscope.

Vision et asservissement visuel pour nanomanipulation et nanocaractérisation en utilisant un microscope électronique à balayage.

Résumé

With the latest advances in nanotechnology, it became possible to design novel nanoscale devices and systems with increasing e ciency. The consequence of this fact is an increase in the need for developing reliable and cutting edge processes for nanomanipulation and nanocharacterization. Since the human direct sensing is not a feasible option at this particular scale, the tasks are usually performed by an expert human operator using a scanning electron microscope (SEM) equipped with micro-nanorobotic devices. However, due to the lack of e ective processes, these tasks are always challenging and often tiresome to perform. Through this work we show that, this problem can be tackled e ectively up to an extent using the microscopic vision information. It is concerned about using the SEM vision to develop reliable automated methods in order to perform accurate and e cient nanomanipulation and nanocharacterization. Since, SEMimaging is a ected by the non-linearities and instabilities present in the electron column, real time methods to monitor the imaging quality and to compensate the time varying distortion were developed. Later, these images were used in the development of visual servoing control laws. The developed visual servoing-based autofocusing method ensures a constant focus throughout the process and was used for estimating the inter-object depth that is highly challenging to compute using a SEM. Two visual servoing schemes were developed to perform accurate nanopositioning using a nanorobotic station positioned inside SEM. They are based on the direct use of global pixel intensities and Fourier spectral information respectively. The positioning accuracies achieved by both the methods at di erent experimental conditions were satisfactory. The achieved results facilitate in developing accurate and reliable applications such as topographic analysis, nanoprobing and sample lift-out using SEM.
Avec les dernières avancées en matière de nanotechnologies, il est devenu possible de concevoir, avec une grande efficacité, de nouveaux dispositifs et systèmes nanométriques. Il en résulte la nécessité de dé- velopper des méthodes de pointe fiables pour la nanomanipulation et la nanocaractérisation. La détection directe par l'homme n'étant pas une option envisageable à cette échelle, les tâches sont habituellement effectuées par un opérateur humain expert à l'aide d'un microscope électronique à balayage équipé de dispositifs micro-nanorobotiques. Toutefois, en raison de l'absence de méthodes efficaces, ces tâches sont toujours difficiles et souvent fastidieuses à réaliser. Grâce à ce travail, nous montrons que ce problème peut être résolu efficacement jusqu'à une certaine mesure en utilisant les informations extraites des images. Le travail porte sur l'utilisation des images électroniques pour développer des méthodes automatiques fiables permettant d'effectuer des tâches de nanomanipulation et nanocaractérisation précises et efficaces. En premier lieu, puisque l'imagerie électronique à balayage est affectée par les instabilités de la colonne électronique, des méthodes fonctionnant en temps réel pour surveiller la qualité des images et compenser leur distorsion dynamique ont été développées. Ensuite des lois d'asservissement visuel ont été développ ées pour résoudre deux problèmes. La mise au point automatique utilisant l'asservissement visuel, développée, assure une netteté constante tout au long des processus. Elle a permis d'estimer la profondeur inter-objet, habituellement très dfficile à calculer dans un microscope électronique à balayage. Deux schémas d'asservissement visuel ont été développés pour le problème du nanopositionnement dans un microscope électronique. Ils sont fondés sur l'utilisation directe des intensités des pixels et l'information spectrale, respectivement. Les précisions obtenues par les deux méthodes dans différentes conditions exp érimentales ont été satisfaisantes. Le travail réalisé ouvre la voie à la réalisation d'applications précises et fiables telles que l'analyse topographique, le sondage de nanostructures ou l'extraction d'échantillons pour microscope électronique en transmission.
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Dates et versions

tel-01025318 , version 1 (17-07-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01025318 , version 1

Citer

Naresh Marturi. Vision and visual servoing for nanomanipulation and nanocharacterization in scanning electron microscope.. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université de Franche-Comté, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01025318⟩

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