Dual Beam Focused Ion Beam System (FIB) und Transmissionselektronenmikroskop (TEM)
Dual Beam Focused Ion Beam System (FIB)
Ziel dieses Beschaffungsvorhabens ist die Lieferung, Installation, Inbetriebnahme sowie betriebsbereite Übergabe eines Dual-Beam-FIB/REM-Systems (Focused Ion Beam / Rasterelektronenmikroskop) einschließlich analytischer Detektorsysteme, Schulung und vollständiger Systemdokumentation. Das System dient primär der präzisen Probenpräparation (u.a. TEM-Lamellen, APT-Spitzen, Querschnitte und Defektfreilegungen) und sekundär der hochauflösenden bildgebenden, chemischen und strukturellen Charakterisierung (SEM, EDX, STEM, EBSD) im selben System. Das Gerät wird als zentrale Präparations- und Analyseplattform für wissenschaftliche Forschungsprojekte eingesetzt. Typische Anwendungen umfassen u. a. Batterie- und Elektrodenmaterialien, Wasserstoffspeichermaterialien, katalytische Schichten, Metalle/Legierungen, keramische Werkstoffe, Halbleiter, Beschichtungen und Multilayer-Systeme. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf: - reproduzierbarer, möglichst automatisierter TEM-Lamellen- und APT-Präparation (Lift-Out, Thinning, Polishing) - 3D-Analytik (Serienschliff/Tomographie) mit quantitativer Auswertung - hochaufgelöster Abbildung in verschiedenen SEM-Modi incl. Ioneninduzierter Sekundärionen sowie korrelierter Bildgebung während der Bearbeitung - chemischer Analytik mittels EDX und kristallographischer Analytik mittels EBSD Darüber hinaus ist eine strukturierte Erfassung und Exportfähigkeit von Messdaten und Metadaten in gängige, nicht-proprietäre Formate erforderlich, um Anforderungen an Nachvollziehbarkeit, Langzeitverfügbarkeit und Forschungsdatenmanagement (FAIR-Prinzipien) zu erfüllen. Das System muss die präzise Probenpräparation und -strukturierung mittels Ionenstrahl sowie die begleitende und nachfolgende Abbildung und Analytik mittels SEM und anderen Detektorsystemen ermöglichen. Ziel ist die reproduzierbare Präparation von Proben für TEM und APT sowie die Durchführung von 2D/3D-Analysen (Bildgebung (SE, STEM), EDX, EBSD) einschließlich vollständiger Dokumentation der Bearbeitungs- und Messparameter. Folgende Kernfunktionen sind zwingend bereitzustellen: 1. Materialabtrag/Strukturierung (manuell und automatisiert) mit definierbaren Pattern- und Rezeptfunktionen. 2. TEM-Lamellenpräparation inkl. In-situ Lift-Out, Thinning und abschließender Feinpolitur. 3. APT-Spitzenpräparation (Needle Milling) inkl. reproduzierbarer Geometrie. 4. Korrelierte Echtzeit-Bildgebung im SEM während der FIB-Bearbeitung (Navigation/Endpunktkontrolle). 5. Chemische Analytik mittels EDX sowie kristallographische Analytik mittels EBSD (Punkt, Linie, Mapping). 6. 3D-Workflows (Serienschliff/Tomographie) mit dokumentierter Rekonstruktion bzw. Export der Datensätze. 7. Workflow und Datenmanagement: eindeutige Zuordnung von Bearbeitungs-/Messdaten, Parametern und Metadaten; Export in nicht proprietäre Formate.
Transmissionselektronenmikroskop (TEM)
Gegenstand des Beschaffungsvorhabens ist die Lieferung, Installation, Inbetriebnahme sowie betriebsbereite Übergabe eines aberrationskorrigierten 200 kV Transmissionselektronenmikroskops (S/TEM) einschließlich analytischer Detektorsysteme, Schulung und vollständiger Systemdokumentation. Das System dient als zentrale Analyseplattform für die hochauflösende strukturelle, chemische und elektronische Charakterisierung von Materialien auf atomarer und nanometergenauer Skala. Es wird sowohl für industrielle Auftragsanalytik als auch für wissenschaftliche Forschungsprojekte eingesetzt. Im Institut werden Materialien mit stark variierenden Eigenschaften untersucht, insbesondere Metalle, Legierungen, keramische Werkstoffe, Halbleiter, Beschichtungen, funktionale Schichtsysteme sowie nanostrukturierte Materialien. Die Proben unterscheiden sich hinsichtlich Geometrie, Stabilität gegenüber Elektronenstrahlbelastung sowie analytischer Fragestellungen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf: - hochauflösender Abbildung bis in den atomaren Bereich - chemischer Analytik mittels EDX und EELS - Untersuchung von Grenzflächen und Defekten - Untersuchung magnetischer und funktionaler Materialien - reproduzierbaren Messungen über Probenserien hinweg Darüber hinaus ist eine strukturierte Erfassung und Exportfähigkeit von Messdaten und Metadaten in gängige, nicht-proprietäre Formate erforderlich, um Anforderungen an Nachvollziehbarkeit, Langzeitverfügbarkeit und Forschungsdatenmanagement (FAIR-Prinzipien) zu erfüllen. Das System muss die hochauflösende strukturelle, chemische und elektronische Analyse von festen, elektronenstrahlstabilen Proben im Transmissionselektronenmikroskopie- und Raster-Transmissionselektronenmikroskopie-Modus ermöglichen. Hierzu muss es eine präzise Elektronenoptik, stabile Betriebsbedingungen sowie integrierte analytische Detektionssysteme bereitstellen. Ziel ist die Untersuchung von Materialien bis in den atomaren Maßstab sowie die quantitative und qualitative Analyse von Struktur, Zusammensetzung und elektronischen Eigenschaften. Folgende Kernfunktionen sind zwingend bereitzustellen: 1. Hochauflösende Abbildung (TEM und STEM): - Abbildung von Kristallstrukturen, Defekten, Grenzflächen und Nanostrukturen mit atomarer bzw. sub-nanometergenauer Auflösung. - Betrieb sowohl im konventionellen TEM- als auch im STEM-Modus. - Flexible Wahl geeigneter Abbildungsmodi (z. B. Bright Field, Dark Field, HAADF, ABF, Oberflächenbildgebung mit topografieabhängigem Kontrast). 2. Chemische und spektroskopische Analytik: - Elementanalytik mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX). - Analyse elektronischer und chemischer Zustände mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS). - Durchführung von Punktanalysen, Linienprofilen sowie zweidimensionalem Mapping. 3. Untersuchung von Grenzflächen und Defekten: - Analyse von Phasengrenzen, Ausscheidungen, Korngrenzen und strukturellen Inhomogenitäten. - Untersuchung lokaler chemischer Variationen auf nanoskaliger Ebene. 4. Untersuchung funktionaler und magnetischer Materialien: - Möglichkeit zur magnetfeldfreien oder feldarmen Abbildung (z. B. Lorentz-Modus oder funktional gleichwertig), soweit erforderlich. 5. Automatisierter und reproduzierbarer Betrieb: - Reproduzierbare Einstellung von Messparametern und Speicherung von Messabläufen. - Unterstützung automatisierter Messreihen und Mapping-Experimente. 6. Workflow und Datenmanagement: - Eindeutige Zuordnung von Messdaten, Parametern und Metadaten. - Möglichkeit zur späteren Reproduktion von Messbedingungen. 7. Integration aller Detektoren und Betriebsmodi in eine konsistente Bedienumgebung.
