Zwei-Strahl-Elektronenmikroskop / Dual-Beam-Mikroskop (FIB-SEM)

Das Dual-Beam-Mikroskop ist ein äußerst vielseitiges Werkzeug auf dem Gebiet der Materialforschung. Es kombiniert ein Rasterelektronenmikroskop (REM) mit einer Ionenstrahlsäule (FIB) in einem Gerät. Dies ermöglicht die Abbildung einer Probe (REM) bei gleichzeitiger Präparation oder Strukturierung (FIB), was ein breites Spektrum an analytischen Anwendungen und Probenpräparationen ermöglicht.

Die Präparation von Querschnitten ist eine grundlegende Anwendung des Zweistrahlmikroskops. Während mit dem Ionenstrahl ein Graben in die Probe gefräst wird, ermöglicht die geometrische Anordnung der beiden Säulen (FIB und SEM) eine gleichzeitige Analyse des resultierenden Querschnitts mit dem Elektronenstrahl.

Für eine höher aufgelöste Bildgebung oder eine hochauflösende Strukturanalyse wird die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) eingesetzt, bei der die Proben dünner als 200 nm sein müssen. Mit dem Zweistrahlmikroskop können sehr dünne TEM-Lamellen (unter 100 nm) aus einem bestimmten Probenbereich präpariert werden, die die Anforderungen an die TEM-Probenpräparation erfüllen. Die ionengefräste Lamelle wird mit einer Mikromanipulator-Nadel herausgehoben und auf einem TEM-Gitter befestigt. Das abschließende Ausdünnen und Polieren erfolgt direkt am Gitter mit geringeren Strömen des Ionenstrahls.

Es ist auch möglich, mit dem Dual-Beam-Mikroskop 3-dimensionale hochauflösende Datensätze zu erzeugen. Dazu wird ein vordefiniertes Volumen Scheibe für Scheibe abgefräst und nach jeder Scheibe ein Elektronenbild der gefrästen Fläche aufgenommen. Dabei ist eine Schnittdicke von bis zu 3 nm und über 2000 Bilder/Scheiben pro Tomogramm möglich. Die Bilder können rekonstruiert werden, um die 3-dimensionalen Daten zu analysieren oder die 3-Dimensionale Struktur abzubilden.

Die installierten Gasinjektionssysteme (GIS) ermöglichen die elektronen- oder ioneninduzierte lokale Ablagerung von Materialien. Dies wird genutzt, um eine Schutzschicht für das Ionenfräsen zu erzeugen, die Probenoberfläche zu glätten, um Schnitt-Effekte zu vermeiden oder um präparierte TEM-Lamellen während des Lift-Out-Verfahrens zu befestigen.

Das Mikroskop ist mit einem EDS/WDS-System zur qualitativen und quantitativen Elementanalyse ausgestattet, das eine schnelle Spektrenerfassung und -abbildung der Probe (EDS) mit einer sehr hohen Energieauflösung (WDS) im Bereich von mehreren eV kombiniert, um Elemente mit ähnlichen Energielinien mit sehr hoher Präzision zu verteilen und zu quantifizieren. Kombiniert man dieses EDS-Mapping mit der FIB-Tomographie, ist es sogar möglich, 3-dimensionale Elementdaten der gewünschten Probe und Struktur zu erhalten.

Ausstattung:

  • Dualbeam Mikroskop FEI HeliosNanolab600i
  • SEM: Feldemissionskathode, Auflösung von 0,8 nm bei 1 keV Beschleunigungsspannung
  • FIB: Tomahawk-Säule (Ga+-Quelle), Auflösung: 2,5 nm bei 30 kV Beschleunigungsspannung
  • Kammer- und In-Lens Sekundär- und Rückstreuelektronendetektoren (ETD, TLD), konzentrische Rückstreuelektronendetektoren (CBS), Sekundärelektronen- und Ionendetektor (ICE)
  • Gasinjektionssysteme (GIS) für die Abscheidung von Pt, W und C
  • "Easy Lift" in situ Mikromanipulator
  • Ladungs-Neutralisator
  • Thermo Fisher Scientific UltraDry EDS Detektor mit 30mm² und 125 eV Auflösung für Mn-Kα
  • Thermo Fisher Scientifc MagnaRay WDS-Spektrometer