Phenom Pro – ein Elektronenmikroskop
im PC-Format
Auszüge aus dem Anwenderbericht von Yuko und Win Labuda
Bei Clear & Clean haben wir uns in jüngster Vergangenheit mit dem Einsatz von Elektronen-Mikroskopen von reduzierter Proben-Aufladung beschäftigt. In diesem Zusammenhang hatten wir als Alternative auch die Feldemissions-Geräte (…) unter die Lupe genommen. Diese Geräte weisen einen extrem hohen Bildgebungsstandard auch bei hohen Vergrößerungen auf. Allein der Anschaffungspreis und die hohen Unterhaltungskosten für FE-REMs ließen uns als kleines HiTech-Unternehmen nach Alternativen Ausschau halten. Schon seit einigen Jahren bieten Hersteller (…) Tisch-REMs an, deren frühe Versionen uns jedoch noch nicht ganz überzeugten.
Abb. 1: Reinigungs-Gestrick Sonit MD-M
200-fach, Bildbreite 1,35 mm. Der Bild-Ausschnitt aus einem hochgradig dekontaminiertem Polyester-Gestrick zeigt ein Standard-Reinraum-Tuch mit der Maschenzahl 357. Der relativ weite Maschen-Abstand zeigt, dass der Konstrukteur bei diesem Tuch ökonomische Aspekte in den Vordergrund gestellt hat. Ein solches Reinigungstuch kann für die Grobreinigung im HiTech-Bereich gute Dienste tun. Für die Fein- und Präzisions-Reinigung sind die Produkte mit hoher Maschenzahl deutlich besser geeignet
Um unseren Kenntnisstand zu erweitern haben wir dann entschieden, auch das Gerät von PhenomWorld aus Eindhoven zu testen. Wir sandten also einige Tücher nach Eindhoven und trauten unseren Augen nicht, als wir schon am nächsten Tag die Bilder unserer Proben auf dem Tisch hatten.
Nicht nur hatten die Niederländer in 24 Stunden geliefert, sondern die Bilder waren auch von überraschend hoher Qualität: Sie zeigten keine Ladungs-Artefakte und unvermutet hohen Mikrokontrast. (…)
Wir sind ein deutscher Hersteller für Reintechnik-Verbrauchsmaterial, insbesondere für reine und ultrareine HiTech-Reinigungstücher und Elemente. Auch stellen wir beschichtete, partikelarme Papiere und Spezial-Handschuhe aus Polyurethan-Vlies her.
Unsere betrieblichen Visualisierungs-Aufgaben liegen also in der Abbildung textiler Strukturen sowie der Topographie funktionaler Oberflächen und deren Verunreinigern. Dazu setzen wir sowohl Licht-, Elektronen-, als auch Rasterkraft-Mikroskope ein. Im Bereich REM-Mikroskopie brauchen wir Mikroskope die bei Vergrößerungen bis 5000-fach hohen Mikrokontrast aufweisen und Abbildungen erlauben, die frei von elektrischen Ladungsartefakten sind.
Abb. 2: Reinigungs-Gestrick Sonit MD-H
200-fach, Bildbreite 1,35 mm
Genau das Gegenteil sieht man bei dem abgebildeten bauschigen HiTech-Reinigungstuch Sonit MD-H mit hoher Maschendichte. Die Feinheit der eingesetzten Garne spricht für ein hocheffizientes Spezial-Reinigungstuch, das nach Dekontamination zum Abtragen filmischer Verunreinigungen, z. B. aus Schmier- oder mineralischem Leichtöl, bis zu einer Dicke von
< 10 nm besonders geeignet ist. Seine Maschenzahl beträgt 900 Maschen/cm²
Die bei uns gefertigten Tücher bestehen zum großen Teil aus polymeren Endlos-Garnen oder Vliesstoffen aus Polyester-, Polyamid- oder Polypropylen-Filamenten oder Fasern. Diese Materialien neigen in der Standard-Elektronen-Mikroskopie zu Überstrahlungen der abgebildeten Strukturen. Dies war für uns bisher die größte Einschränkung beim Einsatz der Elektronen-Mikroskopie.
Schon bei der Inbetriebnahme erwies sich das PhenomWorld Pro-Mikroskop als nahezu ideales Gerät für unsere Applikation. Im Standard-Modus kam es mit dem BSE-Detektor bei nur 5 kV Beschleunigungs-Spannung und 8 nm Goldbeschichtung zu beeindruckenden Bildergebnissen (siehe Bildbeispiele). Dafür gibt es eine Reihe von Gründen: Der Rückstreu-Detektor ist besser als der Sekundär-Elektronen-Detektor für die Artefakte-freie Abbildung von Material-Kontrasten geeignet. Die Cerhexaborid-Kathode hat einen 10fach höheren Richtstrahlwert im Vergleich mit der Wolfram-Kathode. So lassen sich mit geringerer Beschleunigungs-Spannung von z. B. 5 kV deutlich höhere Vergrößerungs-Maßstäbe erzielen. Zudem befinden sich im Niedervakuum der Probenkammer Wassermoleküle, die durch den Elektronenstrahl positiv ionisiert werden. Im Scanfeld des Mikroskops bildet sich bei nicht leitenden Oberflächen ein starkes negatives Potenzial. Auch durch diese Aufladungs-Reduktion werden die sichtbaren Artefakte reduziert. Allerdings ist es sinnvoll mit Arbeitsabständen von 4-8 mm zu arbeiten. Größere Arbeitsabstände beeinträchtigen das Signal-Rausch-Verhältnis.
Allerdings: Ohne Mapping-Software lassen sich mit dem Gerät keine Abbildungs-Maßstäbe unter 100-fach realisieren. Wir benötigen jedoch Vergrößerungen bis herab zu 20-fach. Das dafür vorgesehene Software-Mapping ist zwar zeitaufwändig, aber es funktioniert zufriedenstellend und zumeist ohne Mapping-Artefakte. (…)
Diese Arbeit ist der erste Teil einer Serie „Mikroskopische Techniken im Clear & Clean-Forschungslabor, die dem verstorbenen Mikroskopie-Spezialisten der Bayerwerke Leverkusen Hans Palla gewidmet ist.
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