BRR - Eine SEM-AFM Integration für Zeiss Feldemissions-Elektronenmikroskope
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Das BRR ist eine Verschmelzung von Rasterelektronenmikroskop und Rastersondenmikroskop.
Es vereinigt die besten Eigenschaften beider Welten, ohne Kompromisse bei der Leistungsfähigkeit der Einzelkomponenten einzugehen. Zudem bietet das Kombinationsgerät zahlreiche Vorteile, welche die Geräte allein nicht aufweisen können.

Das von uns entwickelte System ist als SEM-AFM-Integration für MERLIN®-Feldemissions-Elektronenmikroskope und AURIGA®-Crossbeam-Workstation. Eine nachträgliche Aufrüstung bestehender Zeiss-Systeme ist jederzeit möglich.

Die folgenden Eigenschaften machen das SEM-AFM zu einem weltweit einzigartigen System:
Die Welt aus Sicht des SEM-AFMs

Warum ein kombiniertes SEM-AFM? Ein kombiniertes SEM-AFM-System bietet zahlreiche Vorteile, die die Einzelkomponenten allein nicht aufweisen.
Das System eröffnet völlig neue Möglichkeiten in der Untersuchung von Oberflächen und in der Nanostrukturanalyse. Die Kombination der hoch auflösenden elektronenoptischen Mikroskopie mit AFM ermöglicht eine nanometergenaue Positionierung der AFM Spitze. Das AFM liefert punktgenau Information über topographische, elektrische und mechanische Eigenschaften der Oberfläche. Verschiedenste Beobachter-, Modulator Rollenverteilungen zwischen SEM, AFM und FIB sind denkbar, welche die Untersuchung auch völlig neuer physikalischer Phänomene ermöglicht.

Weitere Messungen zeigen unsere Videos und die Anwendungensbeispiele.

Mehr zu den Vorteilen können Sie in unserem Artikel SEM und AFM – Hochauflösung mit Übersicht nachlesen.

Hardware Integration

Unser Ansatz zur Entwicklung eines kombinierten SEM-AFM-Systems lag in der Integration eines vakuumkompatiblem AFM in bestehende SEM-Systeme. Diese Strategie wurde gewählt, um möglichst hohe Bedienerfreundlichkeit zu erreichen und Nutzern von SEMs eine Möglichkeit zur Erweiterung ihrer bereits vorhandenen SEM-Systeme zu bieten. Dabei bleibt die gesamte Funktionalität des SEM erhalten und kann zeitgleich mit dem AFM betrieben werden, so dass kombinierte Messungen möglich sind.

Laserpfad
Laserpfad

Das für die Integration entwickelte AFM ist als Probenscanner ausgelegt (Probe bewegt sich beim Scannen, der Cantilever steht still), da es so möglich ist, die AFM Spitze auch während des Scannens einen konstanten Abstand zwischen Spitze und Elektronenstrahl einzuhalten. Das Konzept des Probenscanners ermöglicht zudem einen wesentlich einfacheren Cantilever und Probenwechsel.
Der Scanner ist eine Weiterentwicklung unserer STM-Scanner, welche schon seit Jahrzehnten höchste Auflösung und Verlässlichkeit beweisen.
Sämtliche Elektronik, wie der Vorverstärker, sowie Laser und Photodiode zur Detektion der Cantileverauslenkung befinden sich direkt am Gerät und sind durch Kapselung vom Vakuum getrennt. Die Justage des Laserpfades wird durch von außen bedienbare, motorisierte Spiegeleinheiten ausgeführt. Zur groben XYZ-Positionierung von Probe zu Spitze ist unterhalb der AFM-Einheit eine motorisierte Positioniereinheit verbaut. Mit wenigen Modifikationen ist auch eine UHV-fähige Version des beschriebenem AFM erhältlich.

AFM Rotation

Dieses System stellt eine Integration des von DME entwickelten AFMs in einem AURIGA®-System der Firma Carl Zeiss dar. Hierbei befindet sich die Cantileverspitze im im Schnittpunkt zwischen Elektronenstrahl und FIB (Focused Ion Beam), im "Crossbeampoint" des Auriga Systems. So kann der Operator SEM, AFM und FIB an ein und dem selben Punkt betreiben.
Bei der Anwendung kommt der Rotationsachse eine besonders wichtige Rolle zu teil. Durch sie kann das AFM um ca. 85° um den Crossbeampoint rotiert werden. Damit wird es möglich, entweder den Elektronenstrahl oder den FIB senkrecht zur Probe auszurichten. Zudem ermöglicht diese Bewegung auch die seitliche Betrachtung der AFM Spitze mittels SEM und FIB, und das mit kommerziell erhältlichen Standardcantilevern. Der direkte Blick auf die Sensorspitze wäre ohne die Rotationsmöglichkeit beim Blick von oben bei den meisten Cantilevertypen durch den Cantilever selbst versperrt. Das technische Design des Systems ermöglicht dem Benutzer den parallelen Einsatz aller drei Messverfahren in verschiedensten Manipulator-Beobachter Rollenverteilungen.

Software Integration

Die Funktionalität komplexer Instrumente wird zu einem großen Teil durch die Betriebssoftware definiert. Um der angestrebten nahtlosen Integration gerecht zu werden, sind SEM und AFM über ein und die selbe Softwareoberfläche angesteuert, unserer ScanTool™ Software.
Hierzu wurde eine eigens entwickelte SEM-Steuerungssoftware in unsere Standard AFM-Software ScanTool™ integriert. Dadurch bietet die ScanTool™-Benutzeroberfläche direkten Zugriff auf alle Steuerungsparameter des gesamten SEM-AFM-Systems. Ein schnelles Arbeiten mit SEM und AFM im einzelnen wie auch im in kombinieren Betrieb sind so möglich.
Durch die Wahl unseres Dateiformats und der engen Vernetzung der Bediensoftware ist es möglich, akquirierte Daten zusammen zu speichern und zu bearbeiten. Die Analyse von Bilddaten, ob AFM oder SEM, können im ScanTool™ Programm durchgeführt werden. Zusätzlich zu den in der Software verfügbaren Analysefunktionen besteht die Möglichkeit über den ScanTool™ "Image Calculator" eigene Analysefunktionen zu generieren. Auch die Erstellung kombinierter Bilder ist möglich, z.B. durch Erzeugung eines 3D-Bildes, bei der die Dimensionsinformation aus der AFM Messung und die Texturierung aus der SEM Messung stammt.
Durch ihr offenes Design und den ScanTool™ "Automator" ermöglicht die Software unvergleichliche Freiheiten in Zugriff auf Instrumentensteuerung und in der Definition von automatisierten experimentellen Abläufen und Messroutinen. Kombinierte Messungen an verschiedenen Probenarealen können so exakt gleich durchgeführt werden, um vergleichbare Datensätze zu erhalten.

SEM AFM ScanTool Software