FORSCHUNGSTHEMEN

Nanotomographie

Hochauflösende Volumenabbildung mittels Rastersondenmikroskopie

Die auf Rastersondenmikroskopie basierende Nanotomographie ist ein hochauflösendes, schichtweises Abbildungsverfahren [1,2]. Von der zu untersuchenden Probe werden schrittweise wenige Nanometer dicke Schichten abgetragen (z.B. durch Plasmaätzen [1,3], nasschemisches Ätzen [4-9], elektrochemisches Ätzen [10] oder chemomechanisches Polieren) und nach jedem Abtragschritt wird die freigelegte Probenoberfläche mittels Rastersondenmikroskopie abgebildet. Dabei werden gleichzeitig sowohl die Form der Oberfläche als auch lokale physikalische Eigenschaften an der Probenoberfläche mit höchster Ortsauflösung erfasst. Aus dem Stapel von Schichtbildern mit nur wenigen Nanometern Zwischenabstand kann die räumliche Struktur der Probe mit typischerweise 10 nm Ortsauflösung rekonstruiert werden. Das Problem rauer (unebener) Oberflächen und lokal unterschiedlicher Abtragraten, die zu einer Veränderung der Oberflächenform während dem Abtragprozess führen, wird mit dem patentierten Verfahren dadurch gelöst, dass nach jedem Abtragschritt die Form der Oberfläche abgebildet wird. Die Schichtbilder sind damit gekrümmte Karten, die die unebene Form der nach jedem Abtragschritt freigelegten Oberflächen bei der Rekonstruktion des Volumenbildes berücksichtigen. Mit der Nanotomographie haben wir Blockcopolymermikrodomänen [1,3], kristalline Lamellen in Polypropylen [4-7], Kollagenfibrillen in Knochen [9] und eine metallische Ni-Basis Superlegierung [10] abgebildet.

[1]  R. Magerle, Phys. Rev. Lett. 85, 2749–2752 (2000).  PDF
[2]  R. Magerle, European Patent EP 1144989B1, US Patent 6,546,788.
[3]  M. Konrad, A. Knoll, G. Krausch, R. Magerle, Macromolecules 33, 5518–5523 (2000).
[4]  N. Rehse, S. Marr, S. Scherdel, R. Magerle, Adv. Mater. 17, 2203–2206 (2005).
[5]  M. Franke, N. Rehse, Macromolecules 41, 163–166 (2008).
[6]  M. Franke, N. Rehse, Polymer 49, 4328–4331 (2008).
[7]  C. Dietz, M. Zerson, C. Riesch, A. M. Gigler, R. W. Stark, N. Rehse, R. Magerle, Appl. Phys. Lett. 92, 143107 (2008).  PDF
[8]  C. Dietz, S. Röper, S. Scherdel, A. Bernstein, N. Rehse, R. Magerle, Rev. Sci. Instr. 78, 053703 (2007).  PDF
[9]  S. Röper, Dissertation, TU Chemnitz (2010).  PDF.
[10]  M. Göken, R. Magerle, M. Hund, K. Durst, in: Prakt. Metallogr. Sonderbd. 35, Metallographietagung Berlin 2003, (Ed.) P.D. Portella, Werkstoff-Informationgesellschaft mbH, Frankfurt (2004), S. 257.