Ein neuer Meilenstein in der Desktop-Elektronenmikroskopie – Phenom Pharos

Auf der M&M in Baltimore wurde im August 2018 diese brandneue Entwicklung erstmals dem Fach­pu­blikum präsentiert. 

Mit dem neuen „Phenom Pharos“ stößt Thermo Fisher Scientific (seit Januar 2018 neuer Eigentümer des Herstellers Phenom-World B.V., Eindhoven/NL) die Tür in Richtung Hochauflösung mit Desktop-Elektronenmikroskopen weit auf. 

Feldemissions-Kathode

Das Phenom Pharos ist das erste Desk­top-Elektronenmikroskop mit Feldemissions-Kathode, das Vergröße­rungen bis zu 1.000.000 x und eine Auflösung kleiner 3 nm ermög­licht. 

Galt es bisher als zu aufwän­dig ein Desktop-REM mit einer FE-Ka­thode auszustatten, zeigt Thermo Fisher Scien­tific eindrucksvoll die Kombi­na­tion aus Hoch­auf­lösung, Effektivität und einfacher Bedien­bar­keit. 

Feldemissions-Kathoden zeichnen sich gegenüber Wolfram-Kathoden um einen um Faktor 50 besseren Richtstrahlwert (Faktor 5 gegenüber der LaB₆-/CeB₆-Kathode) aus. 

Der Richtstrahlwert gibt Auskunft über die Austrittsgröße des Elektronen­strahls an der Kathodenspitze und die Elektronendichte bei gegebenen Be­schleu­nigungsspannungen und Strom­stärken. Je kleiner die Aus­tritts­größe und je höher die Elektro­nen­dichte ist, desto weniger Energie muss zur Formung eines fein fokussierten Elektronenstrahls aufgewandt werden. Je „heller“ der Elektronen­strahl ist, desto besser ist das Signal-/Rausch-Verhältnis. Somit ist es mit einem Feldemitter möglich, bei verhältnismäßig geringen Beschleunigungsspannungen und Strahlströmen hohe Auflösungen zu erreichen. In der Tabelle unten rechts sehen Sie ein paar typische Vergleichswerte.

Bitte beachten Sie, dass die Ab­bil­dungs­qualität neben der Be­schleu­ni­gungsspannung auch von der Ord­nungs­zahl der Probenoberfläche abhängig ist. Je leichter das Element, desto größer das Reaktionsvolumen. Je größer das Reaktionsvolumen, desto mehr Tiefeninformation enthält das Signal. Das kann beim Abbilden ultrafeiner Strukturen und Schichten kontraproduktiv sein. Insbesondere dann, wenn das Reaktionsvolumen größer als die abzubildende Struktur ist. Deshalb wird die Auflösung eines Elektronenmikroskops im Allgemeinen an Gold-Nanopartikeln unter Angabe der Beschleunigungsspannung, dem Vakuum und dem optimalen Arbeitsab­stand definiert.

Aufgrund des deutlich höheren Richt­strahlwerts ist das Signal-Rausch-Verhältnis und somit die Qualität der Abbildung in Verbindung mit der höheren Auflösung signifikant besser. Das Phenom Pharos stellt die Performance von konventionellen, mit Wolfram- oder LaB₆-/CeB₆-Kathoden ausgestatteten, Elektronenmikroskopen in den Schatten.

Ein besonderes Highlight ist die ultraschnelle Schleusungszeit von 30 Sekunden. Das ist in der Elektronen­mikroskopie generell und für ein FE-REM im Speziellen ein absoluter, bisher nicht erreichter Spitzenwert und erlaubt effizientes Arbeiten ohne große Wartezeiten beim Probenschleusen.

Nicht leitfähige Proben stellen eine Herausforderung an die Bildgebung mit einem REM dar, da sich die Probe im Scanfeld auflädt. Je nach gewählter Beschleunigungsspannung, Strahl­intensität und Vergrößerung führt der Aufladungseffekt gegebenenfalls zu unbrauchbaren Bildern, bzw. zu einer Veränderung/Zerstörung der Ober­fläche. 

Der Aufladungsreduktions-Modus ist in den Phenom Elektronenmikroskopen folgendermaßen realisiert: Das Va­kuum im Probenraum wird gezielt um bis zu Faktor 60 verschlechtert, indem eine definierte Menge Umgebungsluft angesogen wird. Die Wassermoleküle der angesogenen Luft werden durch den Elektronenstrahl positiv ionisiert. An der Oberfläche des negativ geladenen Scanfelds gleicht sich das Potential mit dem negativ geladenen Restgas in der Probenkammer aus. Somit reduziert sich die Aufladung im Scanfeld an der Oberfläche signifikant. In vielen Fällen kann dann auf eine metallische Beschichtung der Probe verzichtet werden. Diese Methode findet ihre Grenzen bei hohen Beschleunigungsspannungen und Strahlströmen in Kombination mit hohen Vergrößerungen.

Wer sich von der bestechenden Ein­fachheit der Bedienung eines Phenom Elektronenmikroskops schon einmal überzeugen konnte, wird sich am Phenom Pharos sofort wie zu Hause 

fühlen. Das preisgekrönte Bedien­konzept wurde vollständig beibehalten. Auch für sporadische Nutzerin­nen und Nutzer stellt die Bedienung des REM keine Herausforderung dar. Gestochen scharfe Aufnahmen bei hohen Vergrößerungen sind keine Herausforderung, sondern gelin­gen nach kurzer Einarbeitung sicher. Komplexe Prozeduren zur Optimierung des Strahlengangs vor hochauflösenden Aufnahmen erfordert ein Phenom Elektronenmikroskop nicht.

Das Phenom Pharos kann zusätzlich mit einem Sekundärelektronendetek­tor und einem EDX-Detektor ausgerüstet werden. Das Design der Elekt­ronensäule ermöglicht das Arbeiten mit allen Detektoren bei identi­schem Arbeitsabstand. Eine Höhenv­­er­stel­lung der Probe ist beim Umschalten der Detektoren nicht erforderlich und trägt zu effektivem Arbeiten am Phenom Pharos bei.

Installation? Nichts einfacher als das.

Muss man bei einem konventionellen FEG-REM einen Installationsauf­wand von mindestens fünf oder mehr Arbeitstagen einkalkulieren, so ist die Inbetriebnahme eines Phenom Pharos denkbar einfach. 

Der Aufbau beim Kunden dauert ca. eine Stunde. Besondere Auf­stell­bedingungen, aktive Schwin­gungs­­dämp­fung, Medien wie Wasser oder Stickstoff benötigt ein Phenom nicht. Staubarme Umgebung, Raum­tem­pe­ra­tur zwischen 15 und 25 °C, eine 230-V-Steckdose und ein stabiler, vibrationsarmer Tisch (B) 50 cm x (T) 80 cm sind ausreichend.

Nach dem Einschalten des Phe­nom erfolgt eine vollautomatische Ausheizphase von sechzig Stun­den, mit der sichergestellt wird, dass sich nach dem Evakuieren keine in der Elektronensäule anhaften­den Wassermoleküle mehr befinden. Gegenüber konventionellen Feld­emissions-Elektronen­mikro­sko­pen, ist die Ausheizzeit länger, jedoch läuft dieser Prozess völlig automatisch ab und bedarf keinerlei Überwachung oder besonderer Eingriffe. Deshalb kön­nen Sie die Ausheizphase über das Wochenende planen. Sobald das Aus­heizen abgeschlossen ist, ist das Phenom Pharos betriebsbereit.

• Das Phenom Pharos ist das erste hochauflösende Desktop-REM mit Feldemissions-Kathode
• Vergrößerung bis 1.000.000 x
• Auflösung < 3 nm bei nur 15 kV, 6 mm Arbeitsabstand und lediglich 1 Pa Vakuum
• EDX-Analyse und SE-Detektor optional
• Ultraschnelle Proben-Ladezeit von 30 Sekunden
• Variables Vakuum in der Probenkammer
• Einfache Aufstellbedingungen
• Geringer Inbetriebnahme-Aufwand
• Geringe Folgekosten
• Intuitive Bedienung

Auf der Roadshow im Herbst 2018 (11. bis 21. September) werden wir das Phenom Pharos erstmals in Deutsch­land präsentieren. 

Die Veranstaltung findet in neun Städ­ten statt. Ihre Teilnahme ist selbst­verständlich kostenlos und unverbindlich.

Hier können Sie sich bei einem Roadshowtermin in Ihrer Nähe anmelden