Neue Wege in der korrelativen Mikroskopie: Direkt-AFM-Messungen auf TEM-Proben
Abb. 1: AFM-Cantilever positioniert auf der Membran TEM-Netzchens
In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Micron [1] wurde eine wegweisende Studie veröffentlicht, die zeigt, wie Rasterkraftmikroskopie (AFM, engl. atomic force microscopy)-Messungen direkt auf Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Proben erfolgreich durchgeführt werden können. Dieser Fortschritt ermöglicht eine bisher schwer realisierbare direkte Korrelation zwischen AFM- und TEM-Messungen am gleichen Probenbereich, was neue Horizonte für Materialwissenschaft, Nanotechnologie und Werkstoffcharakterisierung eröffnet.
FusionScope: Schlüsseltechnologie für korrelative Messungen
Ein zentraler technischer Baustein, der solche kombinierten Messungen erst praktisch und effizient möglich macht, ist das FusionScope von Quantum Design.
Das FusionScope ist eine korrelative Mikroskopie-Plattform, die Rasterelektronenmikroskopie (REM), AFM und Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) in einem einzigen Gerät kombiniert. Dadurch lassen sich REM-, EDS- und AFM-Messungen in Echtzeit korrelieren, ohne die Probe zwischen verschiedenen Instrumenten bewegen zu müssen, ein entscheidender Vorteil für hochpräzise Materialanalysen.
- Gemeinsames Koordinatensystem: das FusionScope verwendet ein vernetztes Koordinatensystem, das REM-, EDS- und AFM-Operationen miteinander synchronisiert.
- Profil-View-Funktion: Durch die spezielle „Profile View“-Ansicht kann die AFM-Spitze auf schwierigen, dreidimensionalen Probenflächen gezielt positioniert werden.
- Breites Anwendungsspektrum: Neben klassischen AFM-Topografien sind auch nanomechanische, elektrische und magnetische Eigenschaften messbar, ergänzt durch REM-Bilder und optional EDS-Elementanalysen.
Abb. 2: a) Korrelative AFM-, REM- und TEM-Messung b) AFM-Messung des Goldnanodrahts c) AFM-Linienprofil des Nanodrahtquerschnitts
Abb. 3: FusionScope System am Felmi-ZFE in Graz
Die Kombination aus direkter TEM-AFM-Korrelationsstrategie und der Integration in korrelative Plattformen wie das FusionScope schafft einen leistungsfähigen Werkzeugbaukasten für Materialforscher:innen. Das eröffnet direkte Einsatzmöglichkeiten in:
- Nanostruktur-Charakterisierung – Analyse von Nanodrähten, 2D-Materialien und dünnen Membranen.
- Qualitätskontrolle und Fehleranalyse – Diagnostik in Mikroelektronik und Halbleiterfertigung, wo korrelierte topografische und elektronenmikroskopische Daten entscheidend sind.
- Mechanische, elektrische und magnetische Eigenschaftsanalyse – Durch die Verbindung von SEM-Bildern mit unterschiedlichen AFM-Messmodi ergibt sich ein sehr umfassendes Bild der Probenanalogien.
Insgesamt zeigt die vorgestellte Methodik, dass die direkte Kombination von AFM- und TEM-Messungen auf identischen Probenbereichen nicht nur technisch realisierbar ist, sondern auch das Potenzial besitzt, strukturelle, topografische und funktionale Materialeigenschaften erstmals konsistent miteinander zu verknüpfen und damit die Aussagekraft korrelativer Mikroskopie entscheidend zu erweitern.
