Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Herstellung einer TEM Lamelle von einer zu Pyramiden geätzter Siliziumschicht mittels Focussed Ion Beam (FIB).
Gezielte Materialquerschnitte auf der Mikroskala mittels Focussed Ion Beam (FIB)
Funktionsweise des Focussed Ion Beam (FIB)
Die Kombination aus Rasterelektronenmikroskop (REM) und fokussiertem Ionenstrahl (Focussed Ion Beam, FIB) ermöglicht es, auf kleinster Skala (Nanometerbereich) gezielt in Material hineinzuschneiden und die Materialstruktur unterhalb der Oberfläche direkt abzubilden. Somit lassen sich zum Beispiel lokale Störstellen genau lokalisieren und auch chemisch analysieren (EDX). Dies funktioniert für nahezu jedes Material im festen Zustand, egal ob weich oder besonders hart, Polymere, Metalle, Keramiken, Textilfasern, Holz etc.
Einsatzbereiche
- Lokale Querschnitte zum Beispiel an Defektstellen wie Wachstumsdefekte dünner Schichten, Korrosion, eingeschlossene Partikel etc.
- TEM-Lamellen-Präparation
- Hochaufgelöste Querschnittsuntersuchungen in Transmission (STEM)
- 3D-Tomographie der Mikrostruktur oder lokaler Defekte
- Schreiben von Strukturen durch gezielten Materialabtrag
Das Focussed Ion Beam-Gerät »Cross-Beam 340« der Firma Zeiss wird für die Erstellung von lokalen Querschnitten und TEM-Lamellen genutzt. Ausstattung: Ga-Ionenquelle (1-30keV), FE-Schottky Emitter, Detektoren: In-Lense, SE, BSE, STEM und EDX, Mikromanipulator, PtC-Precursor, Variable Pressure Mode, Plasma-cleaner, große Schleuse.
Querschnitt durch einen eingewachsenen Partikel
Optische Mehrfach-Schichten aus sich abwechselnden SiO2- und Ta2O5-Schichten. Unter der Oberfläche ist ein überwachsener Si-Partikel von ca. 2 µm Durchmesser zu erkennen.
Schnitt durch Partikel
Präzisionsschnitt durch ein Partikel aus Batteriematerial Li(NiMnCo)O2 (NMC111) zur Darstellung der inneren Porenstruktur.
TEM-Lamellen-Präparation
Neben Querschnitten lassen sich auch sogenannte TEM-Lamellen präparieren. Das sind hauchdünne Scheiben, die senkrecht aus der Oberfläche herausgeschnitten werden.
STEM-Bild und EDX-Mapping eines Low-E-Schichtsystems
Analyse optischer Mehfach-Schichten: STEM-Bild und EDX-Mapping von Low-E-Schichtsystem.
In Transmission (Scanning Transmission Electron Microscopy) wird eine besonders hohe Auflösung erreicht, die die innere Struktur des Materials sichtbar macht, z. B. durch Kristallorientierungskontrast.
3D-Tomographie
Serienschnitte durch eine lokale Defektstelle. Mittels Serienschnitten erhält man eine 3D-Tomographie des Gefüges auf der Mikroskala.