Laserbasierte Probenvorbereitung im Überblick

Für die Erstellung von sogenannten In-Plane-Proben für TEM (Transmissionselektronenmikroskopie)-Untersuchungen nutzen wir in der laserbasierten Probenbearbeitung einen dreistufigen Ansatz:

1.  Die Grundstruktur wird mittels Laser ausgeschnitten. Die daraus geschaffene geometrische Figur kann je nach Wunsch direkt zur Verwendung im entsprechenden TEM-Halter als halbierte Trägerblende erstellt werden.
2. Diese Figur wird im Anschluss per Laser auf wenige Mikrometer mittels Laser abgedünnt.
3. Mit Hilfe eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) oder eines breiten Ionenstrahls (BIB) kann die Probe auch noch bis zum Erreichen der Elektronentransparenz poliert werden. Damit ist die Probe für die weitere Verwendung im TEM bereit.

Für eine hochauflösende, dreidimensionale Darstellung mittels Röntgenmikroskopie (X-CT) sind Proben mit zylindrischen Formen und Durchmessern im Bereich von ein- bis zweistelligen Mikrometern unerlässlich. Herkömmliche Verfahren wie die ionenstrahlbasierte Bearbeitung benötigen für die Herstellung dieser Proben entweder mehrere Tage oder Wochen. Teilweise ist die Herstellung auch nur eingeschränkt möglich. Mit Hilfe der laserbasierten Probenbearbeitung können diese Geometrien innerhalb von Minuten erstellt werden.

Darüber hinaus bietet die Probenpräparation mit Laser die Möglichkeit, mit Lamellen-Schnitt die zu untersuchenden Strukturen in einem vorgelagerten Schritt freizusetzen. Anschließend können aus diesen Proben die gewünschten zylindrischen Zielgeometrien hergestellt werden. Eine Nachbearbeitung der Probe mit einem Ionenstrahl ist nicht erforderlich – die erstellte Probe kann direkt zur Analyse verwendet werden.

Auch Probenspitzen für die Atomsonden-Tomographie können mittels Laserstrahl präpariert werden. Aufgrund der hohen Abtragsrate des Laserprozesses können in kürzester Zeit mehrere Spitzen auf einem analysefähigen Halter erstellt werden. Dabei erzeugt bereits der Laserprozess Spitzenbreiten von weniger als 5 Mikrometer im Durchmesser. Diese Spitzen werden anschließend per Ionenstrahlverfahren auf das endgültige Profil reduziert.

Zeitersparnis an der FIB

Mit dieser Vorgehensweise lässt sich die Auslastung vorhandener Systeme mit fokussiertem Ionenstrahl, sogenannte FIB-Systeme, erheblich reduzieren. Denn: Der Laser übernimmt quasi die „groben“ Vorarbeiten auf Mikrometerniveau – die Ionenstrahlverfahren erledigen den Feinschliff. Die Zeitersparnis im Vergleich zur kompletten Probevorbereitung per FIB kann mit Tagen bis Wochen beziffert werden.