ArBlade 5000: Ein innovatives, leistungsstarkes Probenvorbereitungsgerät für SEM

Darstellung komplexer, mikroskaliger innerer Strukturen mit Ar+ Querschnitts – und Oberflächenpoliersystemen

Eine aussagekräftige SEM-Analyse erfordert eine qualitativ hochwertige Probenvorbereitung. Herkömmliche mechanische Probenpräparationstechniken für artefaktfreie Oberflächen oder Querschnitte, wie mechanisches Schleifen und Polieren, Brechen oder Schneiden mit Scheren oder Messern usw., können bei einigen Proben brauchbare Ergebnisse liefern. Sie können aber auch scheitern, insbesondere bei Verbundwerkstoffen und Schichtstrukturen mit unterschiedlicher Härte, spröden Materialien usw. 

Das erleichtert den Bedarf an besseren Techniken, von denen eine die leistungsstarke Broad Ion Beam Milling-Methode ist, die in diesem Artikel untersucht wird.  

Was ist Breit-Ionenstrahl-Polieren? 

Das Polieren mit breitem Ionenstrahl (BIB) ist eine ergänzende Technik zur REM-Probenpräparation, bei der auf mikroskopischer Ebene beschleunigte Argon-Ionen zum Sputtern von Material von einer Probenoberfläche verwendet werden, vergleichbar mit dem makroskopischen Sandstrahlen zur Reinigung von Teilen.

Es gibt zwei verschiedene Poliermethoden, die für die Vorbereitung von Proben verwendet werden: Querschnittspräparation und Oberflächenpolitur (Flatmilling).

Bei der Querschnittspräparation wird eine Maske zwischen der Ionenkanone und der Probe platziert, wobei ein Teil der Probe über die Maske hinausragt und somit der Bestrahlung durch die Argon-Ionen ausgesetzt wird. Diese Methode ist ideal für die Herstellung komplexer, mehrschichtiger Strukturen, die sich nur schwer polieren lassen.

Die Oberflächenpolitur (Flatmilling) wird üblicherweise nach dem mechanischen Polieren verwendet, um fehlerfreie und extrem glatte Musteroberflächen zu erzeugen. Die Tiefe und Geschwindigkeit des Flatmilling kann durch die Einstellung von Parametern wie Ionenenergie und Milling-winkel gesteuert werden. Der Argonstrahl trifft in einem Winkel auf die Oberfläche der Probe auf, und durch Ablenkung der Strahlachse von der Rotationsachse der Probe kann ein großer Probenbereich bearbeitet werden.

Beide Methoden bieten Vorteile für zahlreiche Industriezweige wie Energiespeicherung und erneuerbare Energien, Halbleiter und Mikroelektronik, Metallurgie, Beschichtungen und Verpackung. Es kann für kritische Anwendungen wie die Untersuchung der Dicke und Homogenität aktiver Materialschichten in Lithium-Ionen-Batterien oder die Überprüfung der Eigenschaften dünner Schichten in der Beschichtungsindustrie eingesetzt werden, um nur zwei Beispiele zu nennen.

Abbildung 1 - Querschnittspräparation

Abbildung 2 - Oberflächenpolitur (Flatmilling)

Kombination von BIB-Fräsen und SEM-Analyse 

Hitachi High-Tech bietet auch im Bereich der Elektronenmikroskope eine vielfältige Produktpalette an, die vom kompakten Tisch-SEM mit integrierter Elementaranalyse über das konventionelle Großkammer-SEM, das hochauflösende, feldemissionsquellengesteuerte SEM (FE-SEM) bis hin zum Transmissionselektronenmikroskop (TEM) für präzise Detailanalysen reicht.

Das Vorhandensein von Ionenstrahl-Probenpräparations- und REM-Analysewerkzeugen im eigenen Haus ermöglicht leistungsstarke Kombinationen für spezifische Anwendungen, wie z.B. den direkten Werkzeug-zu-Werkzeug-Probentransfer unter Inertgasbedingungen, der für die Untersuchung von oxidations- oder feuchtigkeitsempfindlichen Proben, z.B. aus dem Bereich der Lithium-Ionen-Batterien, unerlässlich ist.

Argon-Ionen Poliersysteme für eine breite Palette von Anwendungen 

Die ArBlade 5000 Plattform ist modular aufgebaut und bietet zahlreiche Anpassungsmöglichkeiten für spezifische Anwendungsbedürfnisse. Für Querschliffpräparate können Breiten bis zu 10 mm flexibel nach den tatsächlichen Anforderungen eingestellt werden, temperaturempfindliche Proben können aktiv gekühlt werden, mehrere Proben können gleichzeitig für die automatische sequenzielle Bearbeitung eingestellt werden, usw.

Flatmilling bietet Vorteile wie die Möglichkeit, mit ultraniedrigen Ionenstrahl-Energien fertig zu polieren, was eine optimale Oberflächenqualität für die EBSD-Analyse ermöglicht.

Zusammenfassung 

Die Querschnittspräpartion und das Oberflächenpolieren sind leistungsstarke Probenvorbereitungsmethoden, die selbst hochkomplexe und empfindliche Proben bearbeiten kann. Mit einer dynamischen Lösung wie dem ArBlade 5000 oder seinem kleineren Geschwistermodell IM4000II können Anwender in verschiedenen Branchen die innere Struktur einer Probe freilegen, um ihre wahre Beschaffenheit zu enthüllen und zu verstehen, ohne Defekte, die bei herkömmlichen mechanischen Methoden entstehen würden.

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