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Oberflächenanalytik

 

Die Charakterisierung von Oberflächen ist für viele angewandte Fachgebiete, wie z.B. der Materialwissenschaft, der Katalyse, Elektrochemie, Biologie oder Halbleitertechnologie, von Interesse. Je nach Fragestellung, werden Untersuchungen zur Oberflächenmorphologie, -zusammensetzung oder der Spurenanalytik durchgeführt und auch miteinander kombiniert. Tiefenprofilanalysen können weiters Aufschluss über mögliche Anreicherungen von Elementen in oberflächennahen Bereichen im Vergeich zum innern des untersuchten Materials liefern.

Dem AIC stehen die Methoden AFM/STM, SEM/EDX, TOF-SIMS, XPS, UPS, AES und mit Ao.Univ.Prof. Gernot Friedbacher und seiner Forschungsgruppe Micro und Nanoanalyse, Ao.Univ.Prof. Herbert Hutter und seiner Forschungsgruppe Physikalische Analyse und Dr. Annette Foelske die entsprechende Fachkompetenz zur Verfügung.

Folgende Forschungsgeräte aus dem Bereich der Oberflächenanalytik sind dem AIC zugeordnet:

Bruker NanoScope 8 Multimode Rastersondenmikroskop

Das Rasterkraftmikroskop (engl. Atomic Force Microscope, AFM) beruht auf der Abtastung der Probenoberfläche mit einer sehr scharfen Spitze. Durch die Oberflächentopographie wird die Spitze beim Rastern über die Probe unterschiedlich stark ausgelenkt, womit man ein Topographiebild von der Oberfläche mit bis zu atomarer Auflösung erhält. Es kann damit eine Vielzahl von unterschiedlichen Proben (Metalle, Halbleiter, Isolatoren, Polymere, biologische Proben, etc.) unter ambienten Bedingungen untersucht werden. Es können auch Messungen in-situ unter Flüssigkeiten durchgeführt werden, womit zahlreiche Prozesse (z.B. Korrosions- oder Beschichtungsprozesse) direkt im AFM mitverfolgt werden können. Unser System ist, neben zahlreichem anderen Zubehör, auch mit einem Zusatz für Leitfähigkeitsmessungen ausgestattet. Damit können simultan Topographie- und Leitfähigkeitsbilder von der Probenoberfläche aufgenommen werden.

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FEI Quanta 200 Rasterelektronenmikroskop & EDAX Octane Pro EDS System

In der Elektronenstrahlmikrosonde sind ein Rasterelektronenmikroskop (REM) und ein energiedispersives Röngtenanalysensystem (EDS) kombiniert. Die Probe wird mit einem fein fokussierten Elektronenstrahl beschossen. Über die emittierten Sekundärelektronen erhält man topographische Bilder mit einer Auflösung von wenigen Nanometern. Über die Rückstreuelektronen erhält man einen Kontrast durch unterschiedliche mittlere Kernladungszahlen verschiedener Phasen. Die emittierte Röntgenstrahlung liefert chemische Elementinformation. Die Methode wird bei zahlreichen materialwissenschaftlichen Fragestellungen aber auch bei vielen anderen Problemen (Umweltanalyik, Biologie, Medizin, etc.) eingesetzt.

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SPECS u-Focus XPS/UPS System mit Winkelauflösung

Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (engl. X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) ist eine Methode zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen vakuumbeständiger Materialien. XPS beruht auf dem äußeren Photoeffekt, bei dem Photoelektronen durch elektromagnetische Strahlung aus einem Festkörper gelöst werden. Die Bindungsenergie, die aus der kinetischen Energie der Photoelektronen bestimmt werden kann, ist charakteristisch für das Atom und lässt Rückschlüsse auf die chemische Umgebung der Atome zu. Die Informationstiefe beträgt wenige Nanometer (<10 nm). Bei dem u-Focus System handelt es sich um einen Prototypen der Firma SPECS GmbH, Berlin, Deutschland. Das Analysatorsystem (Phoibos 150 WAL mit 2D-DelaylineDetektor) erlaubt es, die Photoelektronen winkelaufgelöst zu detektieren. Die monochromatische Röntgenquelle (u-Focus 350, AlKa) ermöglicht das Fokussieren des Röntgenstrahls auf Durchmesser zwischen 500um und 40um.

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TOF SIMS 5

Die Flugzeit Massenspektrometrie ist eine Methode, zur Bestimmung der Elementzusammensetzung sowie der chemischen Charakterisierung anhand von Massenfragmenten. Die hohe Sensitivität der Methode erlaubt das Detektieren von Spurenelementen bis hinunter in den ppb Bereich. Die 3D Analyse erlaubt das Untersuchen von dünnen Oberflächen und dickeren Schichten (eine Monolage bis ca. 10 Mikrometer) mit einer Tiefenauflösung von < 1nm und einer lateralen Auflösung von < 100nm.

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Dektak XT Profilometer

Das Dektak Stylus Profilometer dient der Messung von Oberflächenprofilen. Stufen von < 10 nm können mit einer Wiederholrate von < 0.4 nm bestimmt werden. Das Profilometer erlaubt schnelles Scannen über einen großen Bereich sowie die Darstellung von 3 dimensionalen Oberflächenprofilen.

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