Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

MethodenM1: 3D-Atomsonde (3D APFIM)M1: 3D-Atomsonde(Analytische Feldionenmikroskopie,3D APFIM)FunktionsprinzipDas wichtigste Funktionselement einer 3D-Atomsonde (3D APFIM, 3D Atom Probe Field IonMicroscopy) ist die Probe selbst, die als feine nadelförmigeSpitze mit einem Endradius von 20 – 50nm vorliegen muss. Die Probenspitze befindet sichauf tiefer Temperatur (< 100 K) in einer Ultrahochvakuumkammerund ist vor einem ortsauflösendenNachweissystem, welches auch noch einzelneIonen erfassen kann, positioniert (s. Abb. 1).Durch Anlegen einer positiven Hochspannung undÜberlagerung eines Hochspannungsimpulses vonNanosekunden-Dauer wird an der Spitze ein hoheselektrisches Feld erzeugt. Dadurch könnengezielt einzelne Atome als Ionen von der Oberflächeabgelöst werden. Die Ionen werden nahezuradial von der Spitzenoberfläche emittiert, damitwirkt das Instrument als Projektionsmikroskopmit praktisch millionenfacher Vergrößerung. DerAuftreffpunkt eines Ions auf dem ortsauflösendenDetektor kann direkt der ursprünglichen Positiondes Atoms auf der Probenoberfläche zugeordnetwerden, die Flugzeit als Funktion der Masse ergibtdie chemische Natur des abgelösten Atoms. Löstman ein Atom nach dem anderen ab erhält mandie Verteilung der chemischen Elemente an derOberfläche mit nahezu atomarer Auflösung. Nachweiterer Ablösung von einer Atomlage nach der anderenerhält man die chemische Information in dieTiefe. Der gemessene Datensatz erlaubt eine volleräumliche Rekonstruktion der Elementverteilungdes untersuchten Materials auf atomarem Maßstab.Die chemische Zusammensetzung kann hierquantitativ korrekt durch Zählen der gemessenenIonen ermittelt werden. Befüllt man die evakuierteMikroskopkammer mit Edelgas geringen Druckes,dann wird im elektrischen Feld an der Oberflächedas Gas ionisiert und man erhält als Projektion derIonen ein atomar aufgelöstes Abbild der Oberfläche(Feldionenmikroskopische Abbildung) und damiteine zusätzliche topografische Information.Der typische Analysenbereich umfasst zylindrischeVolumina von 10 – 50 nm im Durchmesserund bis 200 nm in die Tiefe. Die laterale Auflösungbeträgt etwa 0,3 – 0,5 nm. Die Tiefenauflösung resultiertaus dem Atomlagenabstand des Materialsvon 0,15 – 0,2 nm.Abbildung 1: Funktionsprinzip der 3D-Atomsonde .Index Kontakte Institute Lösungen MethodenHandbuch der Nanoanalytik Steiermark 20053