Werkstoffcharakterisierung
Konfokales 3D Laserscanning Mikroskop
Das Mikroskop wird für die Charakterisierung von Oberflächen eingesetzt, in dem 3-dimensionale Oberflächentopographien aufgenommen und analysiert werden. Hierbei scannt der Laserstrahl die Oberfläche in x-y-Richtung, während das Objektiv den Fokuspunkt schrittweise in z-Richtung verändert. Eingesetzt wird das Mikroskop unter anderem zur Analyse mechanisch beanspruchter Oberflächen, z.B. nach einem tribologischen Test, zur Vermessung 3-dimensionaler Strukturen in der Mikro- und Nanoelektronik, zur Bestimmung der Dicke lichtdichter und transparenter Schichten sowie zur Bestimmung von Oberflächenrauigkeiten.
Technische Daten:
- Gerät: Keyence VK-X1100
- Wellenlänge Laser: 404 nm
- Objektive: 5x, 10x, 20x, 50x und 150x
- Probentisch: 100 mm x 100 mm
Laserablationsanlage microPREP™ PRO FEMTO
Unsere Laserablationsanlage, die microPREP™ PRO FEMTO, bietet eine revolutionäre Lösung für präzise Materialbearbeitung und Probenvorbereitung. Mit einem hochmodernen Femtosekundenlaser ermöglicht sie Materialentfernungen mit Mikrometer-Genauigkeit und reduziert dabei thermische Beeinflussungen des Materials auf ein Minimum. Sie ermöglicht die schnelle und einfache Fertigung von Probenstrukturen wie Microtip arrays [1] und Half grids [2] direkt aus dem Material und erlaubt damit bahnbrechende Fortschritte in der korrelativen Mikroskopie [3].
Microtip arrays sind Coupons mit 15 Spitzen (Radius <30 µm). Diese können in wenigen Arbeitsschritten mittels Focused Ion Beam (FIB) für die Atomsondentomographie (APT) finalisiert werden. Durch den Verzicht auf aufwändige Lift-out-Verfahren reduziert die Anlage den Aufwand und verbessert die Zuverlässigkeit der Probenpräparation. Halbkreisförmige Half grids hingegen erlauben die gleichzeitige Anwendung von APT und Transelektronenmikroskopie (TEM) auf exakt derselben Stelle, was die korrelative Mikroskopie erheblich vereinfacht. Durch die Kombination von Femtosekundenlaser und Elektronenrückstreubeugung (EBSD) können site-specific Features, wie z.B. Korngrenzen, präzise präpariert werden. Diese Fähigkeiten machen die Anlage zu einer unverzichtbaren Technologie für cutting-edge Materialforschung [3].
Die Highlights
- Hochpräzise Bearbeitung durch Femtosekundenlaser
- Flexibilität für Probenstrukturen und Materialtypen
- Optimiert für fortschrittlichste Forschungsanforderungen
Technische Daten
- Wellenlänge: 515 nm
- Pulsdauer: 230 fs
- Maximale Leistung: 2.5 W
- Frequenz: 60 – 1000 kHz
- Laserspotdurchmesser: <10 µm
- X-Y Probenhalter und Rotationsprobenhalter
[1] M. Tkadletz, H. Waldl, M. Schiester, A. Lechner, G. Schusser, M. Krause, N. Schalk, Efficient preparation of microtip arrays for atom probe tomography using fs-laser processing, Ultramicroscopy 246 (2023). doi.org/10.1016/j.ultramic.2022.113672.
[2] M. Tkadletz, M. Schiester, H. Waldl, G. Schusser, M. Krause, N. Schalk, fs-laser preparation of half grid specimens for atom probe tomography and transmission electron microscopy, Mater Today Commun 39 (2024). doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108672.
[3] J. Tang, O. Renk, M. Tkadletz, Site-specific femtosecond laser ablation: The pathway to high-throughput atom probe tomography characterization, Mater Charact (2024) 114618. doi.org/10.1016/j.matchar.2024.114618.
Raman-Spektroskopie
Die Raman-Spektroskopie kann für die Charakterisierung von chemischen Bindungen, Phasenumwandlungen oder Oxidationsprozessen von Konstruktions- und Funktionswerkstoffen eingesetzt werden. Der zugrundeliegende Raman-Effekt basiert auf der inelastischen Streuung des Laserlichtes an in der Probe vorhandenen Molekülen. Damit können die chemischen Fingerabdrücke der Probe sowohl lateral als auch tiefenaufgelöst charakterisiert werden. Die Methode kann für eine Vielzahl von Werkstoffklassen angewendet werden, wie etwa für Keramiken, Polymere und Halbleiter. Mit Hilfe einer zusätzlichen Heizkammer kann das Werkstoffverhalten in-situ bis zu einer Temperatur von 1500°C untersucht werden.
Technische Daten:
- Gerät: Witec alpha300 R
- Wellenlänge Laser: 532 nm
- Laterale Auflösung: 250 nm
- Tiefenauflösung: 1 µm
- Temperaturbereich: zwischen Raumtemperatur und 1500 °C
Röntgendiffraktometer
Zur Analyse des kristallographischen Aufbaus von Dünnschichten, Pulvern und kristallinen Bulkmaterialien stehen zwei hochauflösende Röntgendiffraktometer der Serie D8 von Bruker zur Verfügung: ein D8 DISCOVER für komplexe Dünnschichtsysteme sowie ein D8 ADVANCE für präzise Pulveranalysen. Die Geräte ermöglichen Phasenidentifikation und -quantifikation, Textur- und Spannungsmessungen sowie in-situ-Untersuchungen unter variablen atmosphärischen Bedingungen.
Mittels monochromatischer Cu-Kα-Strahlung und energieauflösenden Detektoren können Reflexionen am Kristallgitter präzise detektiert und ausgewertet werden. Durch den Einsatz modernster Komponenten wie dem EIGER2 R 500K Detektor mit 0D-, 1D- und 2D-Funktionalität sowie modular aufgebauten Optiksystemen wird höchste Datenqualität bei gleichzeitig flexibler Konfiguration erreicht. Der Einsatz einer Eulerwiege sowie präziser Motorachsen erlaubt zudem die detaillierte Untersuchung von Texturen und Eigenspannungen in Proben unterschiedlichster Geometrie. Die vielseitige Geräteausstattung mit wechselbaren Optiken, anpassbaren Probenhaltern und Spezialkammern ermöglicht darüber hinaus anspruchsvolle Messreihen – von Grazing Incidence und Reciprocal Space Mapping bis hin zu Hochtemperatur- und Reaktionsuntersuchungen unter kontrollierter Atmosphäre.
Technische Daten:
- Messgeometrie: Bragg-Brentano, Parallelstrahl, streifender Einfall, Transmission, Reflexion
- Strahlung: Kupfer K-alpha, Linien- und Punktfokus
- Detektoren: LYNXEYE XE-T (0D/1D Modus) und EIGER2 R 500K (0D/1D/2D Modus)
- Probenhalter: Multi-Probenhalter, Eulerwiege, Kapillarhalter, Hochtemperaturkammer (bis 1200 °C) und Reaktionskammer
- Atmosphäre: Vakuum, Luft und Reaktivgase
- Software: ICDD pdf-Datenbank 2023 und EVA (Phasenanalyse), TOPAS (quantitative Bestimmung der Phasenanteile, Rietveld), TEXTURE (Texturmessung), LEPTOS (Spannungsberechnung)
How to XRD:
XRD_Advance_Video.mp4 - eine kurze Einführung in die Anwendung von XRD