FIB-SEM Mikroskop
Ein FIB-SEM Mikroskop wird auch als Zweistrahlsystem bezeichnet. Es handelt sich hierbei um ein Mikroskop, das aus einer Vakuumkammer und zwei Säulen besteht – meistens eine Säule, die mit einem fokussierten Ionenstrahl arbeitet und eine zweite Säule, die mit einem Elektronenstrahl arbeitet.
Der große Vorteil eines solchen Zweistrahlsystems besteht darin, dass die Möglichkeiten eines Rasterelektronenmikroskops mit den Möglichkeiten eines Ionenstrahlsystems kombiniert werden. Eine eingeschleuste Probe muss nicht erst wieder ausgeschleust werden, damit man sie in einem SEM-Mikroskop untersuchen kann. Darüber hinaus können Prozesse wie der Materialabtrag mit der FIB zeitgleich während der Bearbeitung mit dem SEM beobachtet werden.
Prinzipieller Aufbau eines FIB-SEM Mikroskops
Die meisten Zweistrahlsysteme bestehen aus einem Rasterelektronenmikroskop, das senkrecht auf der Vakuumkammer montiert ist und einer Ionenstrahlsäule, die in einem gewissen Winkel neben der SEM-Säule platziert ist.
Der größte Teil der FIB-SEM Instrumente benutzt für die Ionensäule eine Flüssigmetall-Ionenquelle (LMIS) – meist Gallium. Die SEM-Säule zumeist eine thermische Feldemissionskathode (TFE), selten eine Wolfram-Haarnadelkathode.
Ein Zweistrahlsystem wird grundsätzlich in einer euzentrischen Höhe betrieben, damit FIB- und SEM-Säule trotz Kippung der Probe denselben Fokuspunkt besitzen. Dies erleichtert das Arbeiten an einem FIB-SEM Mikroskop, da sonst über den Probentisch ständig nachjustiert werden müsste. Die euzentrische Höhe ist nach dem Einschleusen der Probe jedes Mal vor Beginn der Arbeit einzustellen.
Anwendungsmöglichkeiten von FIB-SEM Mikroskopen
Präparation von TEM Lamellen
Die Präparation von TEM Lamellen ist eine wichtige Aufgabe in der Materialwissenschaft. Die Vorbereitung einer solchen dünnen Materialschicht ist ein aufwändiger Prozess und wird in FIB-SEM Mikroskopen durch zusätzliche Erleichterungen und Software-Lösungen unterstützt.
Strukturanalyse
Materialquerschnitte können durch den fokussierten Ionenstrahl schnell hergestellt und poliert werden. Das Rasterelektronenmikroskop stellt anschließend hochauflösende Bilder her ohne destruktive Auswirkungen auf die Probe selbst zu haben.
3D Prozesskontrolle
Die Kombination aus zwei Säulen und einem kippeuzentrischen Probentisch ermöglicht die dreidimensionale Bearbeitung einer Probe (FIB-Materialabtrag) und die gleichzeitige Prozesskontrolle über die SEM-Säule.
Übersicht von Zweistrahlsystemen am Markt
Unterschiedliche Hersteller haben FIB-SEM Mikroskope für verschiedenste Aufgaben entwickelt und optimiert. Neben den gängigsten Zweistrahlsystemen mit Gallium-LMIS-FIB und senkrechter SEM-Säule gibt es noch folgende Instrumente dieses Typs.
Helium-/Neon-FIB mit Ga-FIB – das Zeiss ORION NanoFab
Dieses Zeiss-Produkt ist ein Zweistrahlsystem bestehend nur aus FIB-Ionensäulen. Dabei wird das Helium für kleine Strukturen und das Gallium zum Materialabtrag verwendet. Die Helium-/Neon-Quelle ist eine GFIS.
Senkrechte FIB mit GaBiLi – das Raith Velion
Das Raith-Produkt ist ein FIB-SEM Instrument bestehend aus einer senkrecht zur Vakuumkammer liegenden Ionenstrahlsäule. Es besteht eine große Vielfalt an einsetzbaren LMIS- und LMAIS-Quellen, wie etwa die neuartige Gallium-Bismut-Lithium Quelle (GaBiLi).