Atomsonde

CAMECA LEAP3000X HR

Die Atomsonden-Tomographie ist eine Charakterisierungstechnik, die eine dreidimensionale (3D) analytische Abbildung von Materialien mit atomarer Auflösung ermöglicht. Diese Methode bildet Materialien an den Extremen der chemischen Empfindlichkeit und der physikalischen Längenskalen ab, was für den aktuellen Trend zu nanostrukturierten Materialien und für die zunehmende Manipulation von Mikrostrukturen auf feinsten Längenskalen von großer Bedeutung ist. 

APT basiert auf dem Prinzip der Feldverdampfung. Oberflächenatome aus einer nadelförmigen Probe werden ionisiert, aus dem Material entfernt und in Richtung eines positionsempfindlichen Detektors beschleunigt. Die Entfernung der Atome aus ihrem eigenen Gitter wird durch die kombinierte Wirkung eines stehenden elektrostatischen Feldes und entweder Hochspannungs- oder Laserpulsen feldinduziert. Das Detektionssystem ist in der Lage, die (x,y)-Lateralposition des Auftreffens jedes Ions aufzuzeichnen, und zusammen mit der Detektionsreihenfolge, die die Tiefenposition der Atome in der Probe offenbart, können die xyz-Koordinaten jedes Atoms zurückverfolgt werden. Zusätzlich zur dreidimensionalen Position wird die chemische Art der Ionen mit einem Flugzeitspektrometer (ToF-Spektrometer) bestimmt. Das Ergebnis der Messungen ist dann eine dreidimensionale Rekonstruktion des Materials mit nahezu atomarer chemischer Auflösung. 

Einige übliche Anwendungen der APT umfassen die Aufdeckung von Details der atomaren Architektur in Mischkristallen, Gradienten in der chemischen Zusammensetzung innerhalb und zwischen Ausscheidungsteilchen der zweiten Phase und ihrer Matrixphase sowie der Grenzflächenchemie. Die Technik ermöglicht Einblicke in ein breites Spektrum von Materialphänomenen. 

In Kombination mit der metallographisch-mechanischen Tomographie und der REM/FIB-Serienschnitt-Tomographie ist die APT ein äußerst wertvolles Werkzeug in der korrelativen 3D-Mikroskopie auf mehreren Skalen und ihre Korrelation mit der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ein leistungsstarker Ansatz für die Untersuchung der Feinstruktur von Werkstoffen. 

Die Verwendung unserer beiden REM/FIB-Stationen für die Probenpräparation ermöglicht eine äußerst ortsspezifische Auswahl von Bereichen in der Probe, die von Interesse sind, wie z.B. einzelne Komponenten nanoelektronischer Bauelemente, Oberflächenschichten und ausgewählte Kristall- oder Interphasengrenzflächen. In unseren Einrichtungen verfügen wir über ein LEAP 3000X HR von CAMECA Instruments und IVAS spezialisierte Software für die Rekonstruktion und Analyse der Daten. Die Größe der rekonstruierten Materialien kann etwa [80 x 80 x 300] nm3 erreichen und die Aufnahmegeschwindigkeit kann etwa 5 Millionen Atome pro Stunde betragen. Die Größe eines Datensatzes reicht von 1 bis 100 Millionen Atomen.

Die Atomsonde ist von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.