Hochauflösendes SEM/STEM-Mikroskop für multidimensionale Analysen

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518325499

Der Lehrstuhl für Mikro- und Nanostrukturforschung (IMN) betreibt die Elektronenmikroskopie-labore des Center for Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM), Kompetenzzentrum und Nutzereinrichtung der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg. Im Bereich der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) betreibt das CENEM ein Tabletop-SEM sowie ein kombiniertes Fokussiertes-Ionenstrahl- und Rasterelektronenmikroskop (FIB/SEM). Das IMN hat in den zurückliegenden Jahren wesentliche methodische Entwicklungen im Bereich SEM geleistet, darunter diverse in situ Techniken sowie eine Eigenentwicklung für Transmissionsbeugung (LEND) in Kombination mit Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM). Aufgrund des stetig steigenden Bedarfs an FIB-Probenpräparation für die aberrationskorrigierten TEMs und das Röntgenmikroskop des CENEM steht das FIB/SEM nur sehr eingeschränkt für die vielfältigen dezidierten SEM-Anwendungen sowie weiterführende Methodenentwicklungen im rasant fortschreitenden SEM/STEM/4D-STEM-Methodenbereich zur Verfügung. Deshalb wird ein dezidiertes hochauflösendes SEM/STEM für multimodale Analysen von Nanomaterialien beantragt. Das Gerät integriert methodische Entwicklungen des IMN und wird als einzigartiges Mikroskop an der FAU die Forschungsmöglichkeiten in den folgenden zentralen Anwendungsbereichen maßgeblich erweitern: (i) strahlsensitive Materialien, (ii) niedrigdimensionale Materialien/2D-Materialien), (iii) in situ Mikroskopie sowie (iv) korrelative und beschleunigte Materialanalysen. Um dies zu ermöglichen, benötigt das Gerät eine hochauflösende Elektronensäule mit exzellenter Performance im feldfreien Betriebsmodus und bei niedrigen Spannungen und Strahlströmen, eine Shuttleeinheit für Vakuum- und Inertgasprobentransfer, ein Niedervakuumbetriebsmodus, eine leistungsstarke STEM-Einheit, eine schnelle hocheffiziente Transmissions-beugungskamera in Kombination mit einem Multiachsenprobenhalter, optimierte EBSD/TKD- und EDXS-Detektoren für kristallographische bzw. chemische Analysen bei niedrigen Spannungen und Strahlströmen, Nanomanipulatoren für in situ Techniken sowie weitreichenden Zugriff auf Strahlparameter und Scangenerator (z.B. für 4D-STEM). Das so ausgestattete Gerät eröffnet insbesondere neuartige Möglichkeiten der Untersuchung von niedrigdimensionalen und strahlsensitiven Materialien mittels in situ Mikroskopie und Transmissionsbeugung, die weit über die Möglichkeiten der am IMN entwickelten LEND-Methode hinausgehen. Für die Präparation großflächiger Volumenproben in Aufsichts- und Querschnittsgeometrie wird eine Ionendünnungsanlage beantragt, die insbesondere für korrelative und beschleunigte Materialanalysen erforderlich ist. Das beantragte SEM/STEM-Mikroskop wird mit seinen weitreichenden neuen Möglichkeiten in einer Vielzahl von laufenden und geplanten Verbundprojekten zum Einsatz kommen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochauflösendes SEM/STEM-Mikroskop für multidimensionale Analysen
• Gerätegruppe: 5120 Rasterelektronenmikroskope (REM)
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiter: Professor Dr. Erdmann Spiecker