Phenom Desktop-Elektronenmikroskope –
Eine Erfolgsgeschichte

Blick unter den Tisch und hinter die Kulissen…. 

„Das ist alles in dem kleinen Gerät integriert?“ – Ja, alles integriert.

„Welche Auflösung schafft das Phenom?“ – Je nach Modell bis zu 3 Nanometer.

Die anfängliche Skepsis weicht der Neugier.

„Welche Detektoren sind möglich?“ – Rückstreu-, Sekundärelektronen- und Röntgendetektoren.

„Welche Beschleunigungsspannungen?“ – Je nach Modell, zwischen 2 und 20,5 kV

„Motorisierte Achsen?“ – Ja klar, sind standardmäßig integriert.

„Welche Kathoden sind verbaut?" – CerHexaborid oder Feldemission.

„Wie lange dauert das Einschleusen?“ – 30 Sekunden.

Die Augenbrauen heben sich. „Kann ich das mal sehen?“…. 

So oder in ähnlicher Weise haben schon hunderte von Vorführungen begonnen.

„Das ist ein richtiges REM?“ Mit dieser Frage sind wir auch heute noch, über 10 Jahre nach Einführung der Phenom Desktop-Elektronenmikroskope, gelegentlich konfrontiert. 

Gut, wer beim Stichwort Rasterelek­tronenmikroskop an raumfüllende, mit Schaltern und Anzeigen übersäte Gerä­te denkt, mag erstaunt sein. Die meisten Personen, denen wir die neueste Generation der Desktopgeräte vorführen, sind überrascht in Anbe­tracht der Leistungsfähigkeit eines REM mit den Dimensionen eines Tower-PC.

Phenom-World (jetzt Thermo Fisher Scientific) hat lange Zeit mit dem Slogan „Make SEM personal“ in Anlehnung an den Paradigmenwechsel in der IT durch die Erfindung des Per­sonal Computers geworben. Es war nicht damit getan, dass die Größe des REM in seiner ganzen Komplexität geschrumpft wurde, sondern setzte voraus, dass beim Produktdesign neue Maßstäbe bei Standardisierung, Be­dien­komfort und Probenhandling gesetzt werden mussten.

Disruptive Technologie

Wir haben in den letzten zehn Jah­ren einen Wandel in der Elek­tronen­mikroskopie erlebt, der mit dem in der IT ab Ende der 1970er Jahre teilweise vergleichbar ist. Mit Einführung der Personal Computer wurde Com­puter-Know-how dezentral und allgemein zugänglich. Die sogenannten „dummen“ Terminals (angeschlos­sen an Großrechner in einem Rechen­zentrum) wurden vollständig durch Personal Computer und Tablets am Arbeitsplatz ersetzt. Ein gewisses IT-Know-how ist heute Standard und gehört zum Allgemeinwissen. 

Dieses Szenario beschreibt der amerikanische Wirtschaftswissenschaftler Clayton M. Christensen in seinem Buch „The Innovators Dilemma“ und prägt den Begriff der „Disruptiven Technologie“. Zunächst ist die neue Technologie der etablierten noch tech­nisch unterlegen, aber durch Er­schließung neuer Marktsegmente und Anwendungen und der daraus resultierenden schnellen Verbreitung wird die Weiterentwicklung beflügelt. In der Folge holt die neue Technologie rasant auf. Beispiele dafür: Flash-Speicher/Festplatte, MP3/CD, LED-Monitor/Röhrenmonitor).

Das neue Marktsegment der Desktop-Systeme war im Jahre 2006 beschrieben durch den Slogan „Close the gap between light and electron microscopy“. Zwischen der Lichtmikroskopie und der Elektronenmikroskopie klaffte eine Lücke, nicht nur in technischer, sondern auch in finanzieller Hinsicht. Der Zielkorridor für ein standardisiertes Desktop-Elektronenmikroskop war damit umrissen.

Es war aber auch von vorn herein klar, dass Desktop-Elektronenmikroskope nicht alle Anforderungen an Hochauflösung und Analytik abdecken würden, sondern sich auf die am weitesten verbreiteten Detektoren (Rückstreu, EDX und Sekun­därelektronen) konzentrieren würden.

Die ersten Phenom-Desktop-Elektro­nenmikroskope waren rein zur Bild­gebung mittels Rückstreu­detek­tor im Bereich bis 20.000-facher Vergrö­­ße­rung bei fixen Strahlpara­me­tern geeignet. Man entschied sich für den Rückstreudetektor, da dieser Dank der Eigenschaften Material- und Topo­grafiekontrast, sowie unkompliziertem Einsatz bei variablem Vakuum, ein breites Anwendungsspektrum ermöglichte. Das Konzept des Phenom mit integrierter Digitalkamera und intuitiver Bedienoberfläche war eine echte Innovation und wurde mit vielen Aus­zeichnungen und Designpreisen bedacht.

Aller Anfang ist schwer

Ausgestattet mit einem Phenom der ersten Generation zogen wir los und stellten die Geräte auf Messen und Kon­ferenzen vor. Wir mussten allerdings schnell feststellen, dass der Markt im Jahre 2006 noch nicht auf diese neue Technologie vorbereitet war. Teilweise wurden wir belächelt oder ignoriert und hatten anfangs einen wirklich schweren Stand. Wir begriffen ziemlich schnell, dass die euphorischen Erwartungen seitens des Marketings sich nicht von selbst und vor allem nicht sofort einstellen würden.

Es musste also ein Marketingkonzept her, mit dem wir Zugang zu den erfolgversprechenden Zielmärkten erhalten würden. Wir lernten, dass wir uns zunächst auf die Kunden konzentrieren mussten, die bisher nicht über eigene Elektronenmikroskope verfügten. Die besondere Herausforderung war, dass in diesen Märkten neben der Überzeugungsarbeit für die Vorteile des Produkts zunächst auch Fach­wissen vermittelt werden musste.

In den naturwissenschaftlichen Stu­dien­fächern gehört die Elektronen­mi­kro­skopie zu den Standard­vor­le­sun­gen, bei der physikalische Zusam­men­hänge zur Entstehung der Wech­sel­wir­kungsprodukte und deren Inter­pre­tation vermittelt wird. Wer das Glück hatte, selbst am REM arbeiten zu dürfen, konnte profundes Wissen aufbauen. Allerdings sahen wir auch erheblichen Informationsbedarf hinsichtlich der Möglichkeiten der Desktop-Elektronenmikroskopie.

So entstand auch unsere Idee der „LOT Elektronenmikroskopie-Road­show“, bei der wir zweimal pro Jahr durch Deutschland reisen und sowohl grundlegendes Wissen vermitteln, als auch Fachinformationen zur Elektronenmikroskopie, Proben­präparation und Ultrahochauflösung liefern und die direkte haptische Er­fahrung am REM mit eigenen Proben ermöglichen.

Der Appetit kommt mit dem Essen

Im Laufe der letzten zehn Jahre hat die Desktop-Elektronenmikroskopie ein rasantes Wachstum erfahren. Aller­dings ist es nicht bei den rein bildge­benden Systemen geblieben. Die Wünsche der Kunden nach höherer Auflösung und Analytik ließen nicht lange auf sich warten. Sukzessive wurde die Auflösung hochgeschraubt und 2012 das erste Phenom ProX mit integrierter EDX-Analytik vorgestellt. Auch hier wurde weiterhin großer Wert auf Effektivität und intuitive Bedienung gelegt. Die Phenom-Gerätefamilie der dritten Generation umfasste nun drei Modelle: Phenom Pure, Pro und ProX.

Im Jahr 2015 folgte das Phenom XL mit großer Probenkammer für bis zu 36 Proben gleichzeitig, optionalem EDX- und SE-Detektor. Die Auflösung des Phenom Pro (Generation 5) wurde nochmals verbessert auf 8 nm bei 10 kV. Dann folgte das Phenom GSR, ein System zur vollautomatischen Ana­lyse von Schmauchspurpartikeln, basierend auf der Phenom XL-Hard­ware. Eine höchst anspruchsvolle Anwendung, wenn man bedenkt, dass die Ergebnisse gerichtsver­wert­bar sein müssen. Das bei dieser Entwicklung gesammelte Wissen fließt sowohl in die Entwicklung von neuen Standard-Software-Lösungen als auch in kundenspezifische Au­to­ma­­tisierungs­pro­jekte ein.

Die nächste Entwicklungsstufe

Im August 2018 stellte Thermo Fisher Scientific mit dem „Phenom Pharos“ erstmals ein Desktop-Elek­tro­nen­mikroskop mit Feldemissions-Kathode vor und legte die Messlatte in Bezug auf die Vergrößerung und Auflösung nochmals eine sehr deutliche Stufe höher. Mit dem Phenom Pharos wurde die Marke von 1.000.000-facher Vergrößerung geknackt – ein Wert, der bisher nur mit „großen“ Elek­tro­nenmikroskopen für machbar ge­halten wurde. Das besondere dabei: Die Be­die­nung ist genauso einfach, wie die des Einstiegsgeräts Phenom Pure.

Die Produktpalette der Phenom-Elek­tronenmikroskope umfasst heute insgesamt drei Geräteklassen mit insgesamt sechs Modellen und bietet für eine Vielzahl von Anwendungen die passende Lösung. 

Ausblick

Die Lücke zwischen Licht- und Elek­tronenmikroskopie ist nun wohl endgültig geschlossen. Wohin die weitere Entwicklung führen wird? Eine Antwort hierfür liegt neben weite­rer Performancesteigerung in der Anwen­dungsintegration. Das Phenom lässt sich schon heute vom Smartphone aus bedienen, ohne dass man selbst im REM-Labor anwesend sein muss. Phenom Elektronenmikroskope besitzen offene Schnittstellen, die mit Standard-Programmiersprachen wie Phyton und C++ angesteuert werden können. Bereits heute können Sie selbst per Script automatisierte Abläufe programmieren. Das Phenom Programming Interface (PPI) ermöglicht die Entwicklung von Anwendungen, die in der Lage sind, Objekte anhand von Suchkriterien selbständig zu finden und zu charakterisieren. 

Ein Beispiel dafür ist die automatisierte Analyse der Bedeckungsqualität von phosphatiert­en Oberflächen.

Dieses kleine Tool sorgt bereits für enor­me Effektivitätssteigerung und Kos­tenersparnis...

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