Mit diesen leistungsstarken Methoden steht ein breites Spektrum an Werkzeugen für die umfassende Analyse von Festkörpern und Oberflächen zur Verfügung, die in der Schadensanalyse, Materialentwicklung und Qualitätssicherung Anwendung finden.
Die REM-EDX-Technik zählt zu den bedeutendsten Verfahren zur Untersuchung der Topografie, Bruchflächen und Elementzusammensetzung von Festkörpern.
REM (Rasterelektronenmikroskopie):
Das Rasterelektronenmikroskop ermöglicht die hochauflösende Darstellung von Oberflächen mit exzellenter Tiefenschärfe. Mit einer Auflösung im zweistelligen Nanometerbereich (bis zu 50.000-fache Vergrößerung) wird die Probe im Hochvakuum durch einen Elektronenstrahl abgerastert. Die Wechselwirkungen erzeugen Sekundär- oder Rückstreuelektronensignale, die ein detailliertes Bild der Oberflächenstruktur liefern. Diese Methode eignet sich besonders für die Untersuchung von Bruchflächen und Materialfehlern.
EDX (energiedispersive Röntgenspektroskopie):
Kombiniert mit dem REM erlaubt ein modernes EDX-System präzise Elementanalysen auch an kleinsten Proben. Durch die Anregung der Atome mittels Elektronenstrahl emittiert die Probe charakteristische Röntgenstrahlung, die vom Siliziumdriftdetektor erfasst wird. Die Ergebnisse werden als Spektrum oder Elementverteilungsbild dargestellt. Die Methode kann Elemente ab Bor nachweisen; ab Natrium ist eine quantitative Analyse mit einer Nachweisgrenze von 0,1 Gew.-% möglich.
Normen: AV 272-Mat
Die Auger-Elektronen-Spektroskopie gehört zu den oberflächenempfindlichsten Methoden zur Elementanalyse. Durch Beschuss der Oberfläche mit hochenergetischer Strahlung (UV- oder Röntgenstrahlen) oder Elektronenstrahlen werden Atome angeregt, die Elektronen mit charakteristischer kinetischer Energie emittieren.
Die erhaltenen Spektren erlauben die Zuordnung von Elementen und deren Konzentrationen. Diese zerstörungsfreie Methode eignet sich hervorragend zur Analyse von Halbleitern und Metallen, etwa zur Erkennung von Kohlenstoffverunreinigungen auf Klebeflächen oder elektrischen Kontakten. Die Nachweisgrenzen liegen unter 0,1 at%.
Die ToF-SIMS-Technik analysiert die atomare und molekulare Zusammensetzung der obersten 1–3 Monolagen eines Festkörpers. Dabei werden schwere Ionen auf die Oberfläche geschossen, was Sekundärionen freisetzt. Diese werden in Bezug auf ihre Masse analysiert – mit extrem hoher Empfindlichkeit (Nachweisgrenzen im fmol-Bereich) und Oberflächenempfindlichkeit.
ToF-SIMS ermöglicht bildgebende Analysen ab einer Auflösung von etwa 1 µm und kann mittels Sputtern Tiefenprofile erstellen. Typische Anwendungen sind Haftungsversagen, Restschmutzanalyse, Metallreinigung, Kunststoffadditivierung, Weichmachermigration, optische Schichten und Korrosion
Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie dient der qualitativen und quantitativen Bestimmung der Zusammensetzung von Festkörpern und Oberflächen. Die Analyse ist auf wenige Nanometer Eindringtiefe begrenzt. Durch schichtweises Abtragen lassen sich auch Tiefenprofile erstellen.
Bis auf Wasserstoff und Helium können alle Elemente detektiert werden. Besonders für schwerere Elemente bietet XPS eine hohe Empfindlichkeit (ca. 0,1 at-%). Zudem ermöglicht die Methode Aussagen über den chemischen Zustand der Elemente
Die Röntgendiffraktometrie basiert auf der Beugung von Röntgenstrahlen an Kristallgittern. Die Atome eines Kristalls wirken dabei wie ein dreidimensionales Beugungsgitter. Interferenzen der gebeugten Strahlen ergeben charakteristische Beugungsdiagramme, aus denen Rückschlüsse auf die Kristallstruktur, Gitterparameter und chemische Zusammensetzung gezogen werden können.
Die Methode identifiziert und quantifiziert kristalline und amorphe Anteile sowie unterschiedliche kristalline Phasen.
Die Glimmentladungsspektroskopie ist ein Verfahren zur qualitativen und quantitativen Elementanalyse, das insbesondere für Schichtaufbauten geeignet ist. Bei der Analyse wird die metallische Probe als Kathode in einem Argonplasma verwendet. Die Oberfläche wird schichtweise durch Kathodenzerstäubung abgetragen.
Die freigesetzten Atome werden im Plasma durch Stöße angeregt und emittieren Photonen mit charakteristischen Wellenlängen. Diese werden spektroskopisch analysiert. Mit einer hochfrequenten Wechselspannung können auch nichtmetallische Proben untersucht werden.
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