ZFE - Zentrum für Elektronenmikroskopie | Gekoppeltes Raster-Elektronen- und Raster-Ionen-Mikroskop (Quanta 3D FEG, FEI, The Netherlands)

ACR – Austrian Cooperative Research

Graz | Website

Großgerät

Kurzbeschreibung

Das gekoppelte Raster-Elektronen- / Raster-Ionen-Mikroskop (Scanning Electron Microscope / Focused Ion Beam, SEM / FIB) gehört in die Klasse der Zweistrahlmikroskope (Dual Beam Microscope, DBM) und stammt aus der Quanta Serie von Thermo Fisher (ehemals FEI), wobei diese Maschine in der Feldemissionsquelle (Field Emission Gun, FEG) Ausbaustufe ausgeführt ist (Quanta 3D FEG, Q3D). Derartige DBMs erlauben den sequentiellen als auch simultanen Betrieb beider Quellen, wodurch vielfältige mikroskopische Oberflächenuntersuchungen als auch deren Manipulation und Strukturierung ermöglicht wird, ohne auf ein weiteres Instrument zu wechseln.

Die SEM Funktionalität wird meist für die Oberflächeninspektion mit lateraler Nanometerauflösung als auch für chemische Identifikation mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy, EDX) verwendet. Während viele derartige Mikroskope ausschließlich im Hochvakuum arbeiten, erlaubt die Q3D auch den Betrieb unter Niedervakuumbedingungen, welche mit geringen Mengen an Wasserdampf realisiert werden und den Umgang mit elektrisch isolierenden als auch biologischen Materialien ermöglicht. Die FIB Funktionalität ermöglicht verschiedene Anwendungsgebiete, welche von der funktionellen, subtraktiven (Nano)Strukturierung bis hin zur lokalen „Öffnung“ von Materialien geht, um strukturelle als auch chemische Informationen unterhalb der Oberfläche zu erhalten. Dadurch entsteht ein iterativer Workflow zwischen FIB, SEM und EDX, wovon insbesondere die Materialcharakterisierung enorm profitiert. Dies beinhaltet auf der einen Seite sogenannte Slice-and-View Möglichkeiten auf der anderen Seite aber auch die 3-dimensionale strukturelle und chemische Rekonstruktion von Materialen.

Im Rahmen des laufenden Projektes TIMELY, wird zusätzlich zu den FIB / SEM / EDX Möglichkeiten noch ein spezielles Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) der Firma GETec Microscopy integriert, welches durch den enorm kompakten Aufbau einen konfliktfreien Workflow ermöglicht. Insbesondere weist das AFM einen höchst komplementären Charakter auf, da Oberflächen in allen 3 Dimensionen mit vertikaler sub-nm Präzision quantitativ abgebildet werden können. Zusätzlich ermöglicht die AFM Technologie die lateral aufgelöste Abbildung von elektrischen, magnetischen und mechanischen Eigenschaften, welche mittels SEM / FIB / EDX nur äußerst schwer zugänglich sind. Die Kombination aller Technologien ermöglicht somit Erkenntnisse, welche durch separate Instrumentierungen nur mit erheblichem Mehraufwand möglich sind.

Ansprechperson

Harald Plank

Research Services

Der Fokus des Zentrums für Elektronenmikroskopie (ZFE) liegt auf der kooperativen Forschung mit Universitätsinstituten, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen und der Industrie mit einem Schwerpunkt auf KMUs.

• Oberflächencharakterisierung mittels Rasterelektronen-, Rasterionen- und Rasterkraft-Mikroskopie
• Analytische Oberflächencharakterisierung mittels Röntgenspektroskopie und Schwingungsspektroskopie (FT-Infrarot- / Raman-Spektroskopie und -Mikroskopie)
• Nanoanalytik mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie in Kombination mit Elektronenenergieverlustspektroskopie, energiedispersive Röntgenspektroskopie, Dunkelfeldimaging und Tomographie bis zur atomaren Auflösung
• Mikroskopische Kristallstrukturanalyse mittels Elektronenbeugung in Rasterelektronen- und / oder Transmissionselektronenmikroskopie
• Korrelative in situ Mikroskopie / Spektroskopie mittels verschiedener Methoden um den Einfluss von chemischen, thermischen, elektrischen, magnetischen oder mechanischen Veränderungen zu erfassen und zu verstehen
• Entwicklung von funktionellen Nanostrukturen (3D-Nanofabrikation) mit fokussierten Elektronen- und / oder Ionenstrahlen

Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur

Das Institut zählt zu den führenden europäischen Forschungslabors auf dem Gebiet der korrelativen Mikroskopie mit verschiedenen mikroskopischen und spektroskopischen Methoden. Das Projekt TIMELY, welches eng mit der hier beschriebenen Infrastruktur (Q3D) verbunden ist, liegt im Instituts-Forschungsschwerpunkt „in situ Methods“, welche durch die Arbeitsgruppen von Ing. Hartmuth Schröttner (Elektronenmikroskopie und Schwingungsspektroskopie) und Prof. Harald Plank (Fokussierte Ionenstrahlprozessierung und Rasterkraftmikroskopie) koordiniert werden. Die Anwendung der Möglichkeiten sind für Partner aus der Industrie als auch für Universitäten von hoher Relevanz, da insbesondere die Methodik der korrelierten Materialcharakterisierung stark vorangetrieben wird. Diese spannt einen breiten Bogen von technologischen Neuentwicklungen über die technische Integration bis hin zu Validierung und der Einbindung in das Qualitätsmanagement des Zentrum für Elektronenmikroskopie (EN ISO 9001:2105), um für alle Kunden und Projektpartner höchste Qualitätsstandards zu gewährleisten.

Harald Plank
Group Leader | Nanofabrication/AFM/FIB
http://felmi-zfe.at
Nutzungsbedingungen auf der Webpage des Instituts für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik:
https://www.felmi-zfe.at