Präzisions-Argon-Ionenstrahlanlage

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468999240

Die beantragte Präzisions-Ar-Ionenstrahlanlage ist für die gezielte Nachpräparation von mittels focussed-ion-beam (FIB) hergestellten zielpräparierten TEM-Lamellen vorgesehen. Hiermit wird eine Reduktion der durch FIB entstandenen amorphen Oberflächenschichten erreicht. Dies führt zu einer signifikanten Verbesserung der (S)TEM Bildqualität und ist für die analytische Transmissionselektronenmikroskopie, die auch als Serviceleistung anderen Arbeitsgruppen, Instituten und Fakultäten vom Antragsteller geleistet wird, von enormer Hilfe.Von ganz entscheidender Bedeutung ist dies insbesondere für die Lumineszenz-Anwendung des Antragstellers: Mit der weltweit einzigartigen und in Magdeburg etablierten Messtechnik der Tieftemperatur-Kathodolumineszenzspektroskopie im STEM (STEM-CL) ist mit einer ultimativen Ortsauflösung von 1,8 nm eine nanoskopische Korrelation der Halbleiterrealstruktur direkt mit den elektronischen und optischen Eigenschaften möglich. Die STEM-CL Messmethodik ist damit essentieller Bestandteil unserer Forschungsarbeiten und unverzichtbares weltweites Alleinstellungsmerkmal unserer Magdeburger Arbeitsgruppe. Für die gezielte, präzise und insbesondere materialschonende Präparation selektierter Probenbereiche wird in diesem Jahr eine erweiterte FIB-Apparatur mit CL-System am Lehrstuhl installiert.Jedoch wirkt sich die durch den FIB-Prozess induzierte Strahlschädigung durch Ga-Ionen und Bildung von dünnen amorphen Oberflächenschichten negativ auf die Quanteneffizienz der emittierten Photonen und die örtliche Auflösung in STEM-CL-Experimenten aus. Durch Ga-Beschuss generierte oberflächennahe Punktdefekte führen zu nichtstrahlender Rekombination von Überschussladungsträgern. Amorphe Oberflächenschichten verringern die örtliche Auflösung in STEM-CL-Experimenten aufgrund der zu durchdringenden effektiv dickeren TEM-Lamellen.Aus den in der Arbeitsgruppe bereits existierenden mehrjährigen Erfahrungen ergibt sich eine besondere Lamellen-Präparation für die hochsensible STEM-CL-Analyse. Die methodenbedingte Oberflächenschädigung der Lamellen durch den FIB-Prozess kann durch anschließendes schonendes Abtragen der geschädigten Schichten mittels Ar-Ionenätzen vermindert werden. Für die finale Präparation von TEM-Lamellen höchster optischer Qualität nach FIB-Bearbeitung wird daher eine Präzisions-Ar-Ionenstrahlanlage beantragt.Die gezielte finale Dünnung der Lamelle dient zur Reduktion der amorphen Oberflächenschichten und der Verbesserung der Probenoberflächen direkt nach der FIB-Bearbeitung. Durch einen fokussierten Ar-Ionenstrahl wird ein gezielt ausgewählter Bereich der wenige μm großen Lamelle präzise im Punkt- oder Rastermodus geätzt. Zur direkten Abbildung des zu bearbeitenden Bereichs werden Sekundärelektronen-detektoren genutzt, um die Position des Ionenstrahls zu beobachten und den Ätzprozess direkt zu kontrollieren. Damit können Lamellen gezielter Schichtdicke, Form und frei von amorphen Oberflächenschichten hergestellt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Präzisions-Argon-Ionenstrahlanlage
• Gerätegruppe: 8330 Vakuumbedampfungsanlagen und -präparieranlagen für Elektronenmikroskopie
• Antragstellende Institution: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
• Leiter: Professor Dr. Jürgen Christen