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Combined SIMS-SFM Instrument for the 3-Dimensional Chemical Analysis of Nanostructures

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Analyse von 3D-Nanostrukturen

Die Charakterisierung neuartiger Werkstoffe ist für die Entwicklung neuer Geräte von entscheidender Bedeutung. Eine neuartige Technologie, die gleichzeitig strukturelle und chemische Informationen bei hoher Auflösung liefern kann, sollte die Entwicklung deutlich vorantreiben.

Industrielle Technologien

Man braucht eine Ausrüstung, deren Auflösung, Sensibilität, Genauigkeit und auch deren Art der bereitgestellten Informationen die verfügbare Technik in vielen Fällen übertrifft, um die Eigenschaften von Nanowerkstoffen verstehen zu können. Dies trifft auf nahezu jedes Gebiet zu: von der Unterhaltungselektronik bis zur Biomedizin und Energie und sogar darüber hinaus. Rasterkraftmikroskopie (SFM) liefert detaillierte strukturelle Informationen mit einer herausragenden lateralen Auflösung bis hinunter zur Größenordnung von Atomen, sie kann jedoch keine chemischen Informationen bereitstellen. Verfahren zur chemischen Analyse, die Elektronen, Photonen oder Ionenstrahlen verwenden, wie zum Beispiel die Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) sind durch eine schwache Auflösung und eine geringer Sensibilität nur eingeschränkt zur Analyse von Nanostrukturen einsetzbar. Wissenschaftler kombinierten die Verfahren in einem einzelnen Instrument im Rahmen des EU-finanzierten Projekts "Combined SIMS-SFM instrument for the 3-dimensional chemical analysis of nanostructures" (3D NANOCHEMISCOPE). Zum allerersten Mal erhielten die Wissenschaftler gleichzeitig aufeinander abgestimmte Informationen zur nanomaßstäblichen Oberflächenstruktur und zur Chemie. Das System von 3D NANOCHEMISCOPE weist eine fünfachsige Hochpräzisions-Skala auf (xyzrt-Positionierung einschließlich kartesischer Koordinaten, Rotation und Umrechnung), die das Musterstück schnell und genau positionieren und fixieren kann. Die kontrollierte schichtweise Abtragung des nanomaßstäblichen Materials wird mithilfe von Sputter-Verfahren erzielt. Die modifizierte hochauflösende SFM misst die Oberflächentopographie in verschiedenen Tiefen, während die ToF-SIMS mit einer lateralen Auflösung von bis zu 16 Nanometern (nm) und einer verbesserten Oberflächensensitivität die chemischen Informationen liefert. Darüber hinaus ist die Tiefenprofilierung ohne Strahlungsschäden und ohne einen daraus resultierenden Verlust molekularer Informationen durchführbar, wie es hingegen bei anderen Sputter-Verfahren vorkommen kann. Eine Software ermöglicht die Berechnung einer 3D-Anzeige für sämtliche Arten von Chemikalien, die vorkommen. Das neuartige 3D NANOCHEMISCOPE schafft einen wesentlichen Durchbruch in der organischen Tiefenprofilierung mit einer beispiellosen Einsatzflexibilität für Werkstoffe wie organische dünne Schichten und organische Nanostrukturen. Diese Werkstoffe sind für viele Anwendungen von entscheidender Bedeutung, darunter Sensoren, Biotechnologie und Fotoelektronik. Man erwartet daher, dass das Projekt einen wichtigen Einfluss auf die Wettbewerbsfähigkeit der EU-Wirtschaft in zahlreichen Märkten haben wird und die EU in eine führende Position bei Messungen im Nanomaßstab und bei deren Beschreibung bringen wird.

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