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Abbildungen bei der Materialuntersuchung im kleinsten Maßstab

Die Entwicklung neuer Industrieprodukte hängt stark von den verbesserten physikalischen und chemischen Eigenschaften von Materialstrukturen ab. Daher konzentriert sich die Forschungs- und Entwicklungstätigkeit auf die Materialanalyse im mikroskopischen Maßstab. Um die Beschränkungen der konventionellen Messtechniken zu überwinden, hat ein europäisches Konsortium den Prototypen eines neuartigen Raster-Atomsondenmikroskops entwickelt. Das neuartige System ist ein dreidimensional arbeitendes Vermessungswerkzeug für die Verteilung von Atomen in Dünnschichten, es kann für viele verschiedene industrielle Anwendungen genutzt werden.

Industrielle Technologien

Moderne Rastersondenmikroskopie und Mikroanalyse sind einsatzstarke, hochauflösende Techniken zur bildhaften Darstellung und Untersuchung von Materialien im mikroskopischen Maßstab. Unter diesen Methoden ist die 3D-Atomsonde (3DAP) das am weitesten verbreitete Hilfsmittel zur Analyse von Metalllegierungen. Wegen der großen Schwierigkeiten, Probenstücke in der angemessenen Form für die weitere Analyse herzustellen, hat sie jedoch bislang nur beschränkte Anwendung im Dünnschichtbereich und bei Oberflächenuntersuchungen gefunden. Angesichts dieser Schwierigkeiten hat eine Gruppe von Experten für die Konstruktion und Herstellung wissenschaftlicher Geräte ein neuartiges Rastersondenmikroskop ("Scanning Probe Mikroscope", SAP) für die Nutzung durch den Endanwender entwickelt. Durch die Kombination verschiedener Technologien erleichtert das SAP die Herstellung von Dünnschichtproben in Form von "Microtips", die für die weitere Analyse eingesetzt werden. Darüber hinaus erlaubt es eine bessere Charakterisierung von Materialien im Nanometermaßstab mit erhöhter Präzision - sogar in der extrem instabilen Mikrowelt. Außer dem neuen Probenhaltersystem setzt das SAP eine innovative Zählelektrode ein, die nicht nur eine verbesserte Massenauflösung sondern auch eine bislang nicht mögliche Identifikation von Einzelatomen erlaubt - sogar bei Materialien aus im Massenspektrum benachbarten Elementen. Darüber hinaus wird ein neuartiger ortsauflösender, sensitivitätsoptimierter Delay-Line-Detektor eingesetzt, der mit Hilfe einer speziellen Hardware (Datenerfassung und Pulser) auch große Datenströme bis zu 300 Ionen pro Sekunde messen kann. Das SAP ist anwenderfreundlich und erlaubt eine vollständige Kontrolle der Positionierung und der Rasterung durch den Nutzer. Es wurde bereits im Rahmen von Vorstudien an metallischen Multilayer-Schichten und bei der Produktion von Siliziumproben ausgiebig getestet, ebenso durch Messungen des Abbaus von Phosphoren, die in der Displaytechnik eingesetzt werden. Das SAP könnte zum Standardinstrument für eine Vielzahl von Fragestellungen in den Materialwissenschaften werden. Vor dem Hintergrund der an Bedeutung zunehmenden Nanotechnologie in Europa ist zu erwarten, dass das SAP zu einem wertvollen Aktivposten bei der Entwicklung nanostrukturierter Materialien wird.

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