NANO-CT: NEUE ANALYSEN FÜR MIKROSTRUKTUREN

Hochauflösende und zerstörungsfreie Bildgebung im Mikro- und Nanobereich

Exzellente Auflösung im Sub-Mikrometerbereich, hohe Kontraste und eine detaillierte Darstellung von Mikrostrukturen: Unser neues hochauflösendes 3D-Röntgenmikroskop ZEISS Xradia 520 Versa von ZEISS erweitert die Möglichkeiten für CT-Untersuchungen im Mikro- und Nanometerbereich.

Während wir mit unserem bisherigen Maschinenpark 3,5 μm als kleinstmögliche Auflösung erreichen konnten, liegt bei der neuen Anlage die minimale Voxelgröße bei 70 nm, sprich 0,07 μm. Damit schließen wir die Lücke zur hochauflösenden Materialmikroskopie. Das ist für unsere Kunden besonders hilfreich bei der Analyse und hochauflösenden Visualisierung von Material- und Bauteileigenschaften. Die zerstörungsfreie Bildgebung im Sub-Mikrometerbereich lässt sich in vielen Bereichen einsetzen: Elektronik- und Halbleiterkomponenten, Kunststoffanalytik, Analyse von Beschichtungen, Additive Fertigung, Materialwissenschaften und Biowissenschaften.

Mittels integriertem 14-fach-Autoloader können wir auch Messreihen effizient und effektiv durchführen. Ein großer Vorteil dieses Mikroskops ist die exzellente Auflösung für ein breites Spektrum an Probenarten, -größen und Arbeitsabständen. Die ZEISS Xradia 520 Versa besitzt patentierte Röntgendetektoren sowie einen Objektivrevolver mit mehreren Objektiven und einem automatischen Filterwechsel mit bis 20 verschiedenen individuellen Filtern. So können wir für unsere Kunden verschiedene Vergrößerungen erzielen, abhängig von Größe und Material der Probe.

Anwendungsgebiete

Bei Lithium-Ionen-Batterien können wir beispielsweise mit Längsschnittstudien Alterungseffekte auf der Kornebene der Kathode überprüfen. Dazu kommen hochauflösende Sicherheits- und Qualitätsprüfungen.

Für Elektronik- und Halbleiter können wir Struktur- und Schadensanalysen sowie Konstruktionsanalysen durchführen. Wir können Leiterplatten analysieren, Module, Packages und Verbindungen untersuchen und Schäden in Sub-Mikrometerauflösung charakterisieren.

In der Additiven Fertigung bieten sich detaillierte Form-, Größen- und Volumenerteilungsanalysen von Partikeln im Pulverbett an, um die Prozessparameter zu bestimmen. Die hochauflösende Bildgebung ist auch ideal für mikrostrukturelle Analysen von AM-Teilen. So erkennen wir beispielsweise nicht geschmolzene Partikel, Einschlüsse oder Delaminationen.

Technische Daten

Erzielbare Voxel-Mindestgröße: 70 nm (Voxelgröße an Probe bei maximaler Vergrößerung)
Spannungsbereich der Elektronenquelle: 30 – 160 kV
Maximale Leistung der Elektronenquelle: 10 W
Probengröße: 300 mm
Probengewicht: 25 kg
4-Achsen-Technologie mit 360°-Rundtisch
 

KORRELATIVER WORKFLOW: NANO-CT UND FIB-SEM

Zusätzlich zur ZEISS Xradia 520 Versa haben wir unseren Maschinenpark um ein weiteres Gerät ergänzt: Das ZEISS Crossbeam 350 ist ein hochauflösendes Rasterelektronenmikroskop (REM), das zusätzlich einen fokussierten Ionenstrahl (Ga-FIB) und einen integrierten Femtosekundenlaser der nächsten Generation enthält. So erhalten wir Einblicke in das Innere einer Probe und können gleichzeitig mit dem Ionenstrahl Material in kleinsten Mengen lokal abtragen und damit diese Querschnitte der Probe direkt für das REM freilegen. Auch hier können wir Proben in höchster Auflösung in 3D abbilden.

Hochauflösende Analysen

Durch den korrelativen Workflow zwischen Nano-CT und FIB-SEM stehen uns vielfältige Untersuchungs- und Analysemöglichkeiten zur Verfügung. Nehmen wir zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie: Im Röntgenmikroskop (XRM) erhalten wir verschiedene 2D- und 3D-Ansichten der Batterie und können auf Kornebene die Verteilung des aktiven Kathodenmaterials zerstörungsfrei untersucht. Die Verteilung, Homogenität und Dichte des aktiven Materials sind wichtige Parameter, um die Leistungsfähigkeit der Batterie zu bestimmen. Im korrelativen Workflow haben wir nun die Möglichkeit, auffällige Stellen mit noch höherer Auflösung weiter zu analysieren. Die detektierten Stellen können wir gezielt im Crossbeam präparieren und analysieren. Durch verschiedene Detektoren können wir weiterhin beispielsweise Materialkontraste visualisieren und durch ein qualitatives Mapping analysieren.

Visualisierung und Analyse von Materialkontrasten mittels In-lens, EsB- EDX-Detektor
Bildquelle: Hochschule Aalen, Institut für Materialforschung:
Christian Weisenberger, Andreas Kopp, Timo Bernthaler, Gerhard Schneider

TECHNISCHE DETAILS CROSSBEAM 350

Spezifische Ortsauflösung (SEM): 0,8 nm bei 30 kV; 0,9 nm bei 15 kV; 1,7 nm bei 1kV
Spezifische Ortsauflösung (FIB): 3 nm bei 30 kV; 120 nm bei 1kV
Detektoren: Inlens Duo für sequenzielles SE/EsB-Imaging, SESI-Ionendetektor und EDX-Detektor
Probenkammer: 330 mm Innendurchmesser, 270 mm Höhe
Maximaler Verfahrweg: x,y =100 mm, z=55 mm