Um also wirklich in eine Oberfläche reinzumalen, müssen wir schon größere Geschütze auffahren. Da kommt der Ionenstrahl (Ion Beam) ins Spiel. Beschießt man die Oberfläche mit Ionen (also mit ganzen Atomen, denen nur ein oder ein paar Elektronen fehlen), dann kann man damit Atome aus der Oberfläche herausschlagen. Das tut unser FIB – es beschießt die Oberfläche mit Gallium-Ionen, und zwar mit einem scharf fokussierten Strahl, so dass man ganz gezielt an einzelnen Stellen Material abtragen und Strukturen malen kann, so wie den Smiley.
So ein System aus REM+FIB ist natürlich ein ziemlich kompliziertes Gerät, das sich etwas schwieriger bedient als beispielsweise ein Toaster. So etwa sieht so ein Gerät aus (von unserem habe ich leider kein schönes Bild, deshalb muss dieses von Wikipedia herhalten – bei unserem gibt’s aber gleich drei Computermonitore, das gibt dem Ganzen einen Hauch von Raumschiff-Kontrollzentrale oder Bedienungspult für eine Weltuntergangsmaschine):
By english User:Cm the p – English version, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1631580
Links seht ihr die eigentliche Anlage – da ist eine Vakuumkammer, in die man die Proben einschleust, und dann die Elektronenröhre, die den Elektronenstrahl erzeugt, die Dinger, die schräg dranhängen, sind unter anderem die Detektoren, aber auch noch diverses anderes Technikzeugs, das euch besser ein etwas angewandterer Physiker oder eine Ingenieurin erklärt.
Wer also das Vergnügen hat, an einer solchen Anlage zu arbeiten (und Spaß macht sowas alle mal, ich durfte neulich selbst an unserem alten REM ohne FIB sitzen und Bilder machen, das ist richtig nett, wenn man sonst nur simuliert), wer also so etwas lernen will, der muss natürlich üben. Und so wie jemand, der eine neue Programmiersprache lernt, erst mal ein “Hello, world”-Programm schreibt oder etwas ähnlich Sinnfreies, einfach, damit man nicht auch noch darüber nachdenken muss, was man tut, sondern eben nur, wie man es tut, genau so muss ein Mitarbeiter, der ein REM+FIB bedienen will, erst mal einfache Dinge tun und testen, wie man denn nun Strukturen in Oberflächen einbringt. Und da ist es dann egal, ob man einen Smiley in die Oberfläche brät oder irgend etwas anderes.
Aber keine Sorge – wir haben mit dem Gerät durchaus ernsthafte Forschung geplant, eure Steuergelder sind also gut bei uns aufgehoben.
Viele Leute untersuchen bespielsweise Mikrosäulen (“micropillars”). Hier wird das Material so abgetragen, dass eine dünne Säule stehen bleibt, die man dann verformen kann, um zu verstehen, wie sich Materialien auf der Längenskala von einigen Mikrometern benehmen. Davon hatte ich letztes Jahr schon mal ein bisschen erzählt.
Solche Säulen können wir mit unserem neuen Gerät auch herstellen, diese hier ist schon sehr sehr dünn:
Bei uns werden ja auch Nanowürfel geschmiedet – und eine der Sachen, die man mit so einem FIB machen kann, ist, dass man Formen herstellen kann, in die man die Nanowürfelchen hineindrückt. Vielleicht können wir dann wirklich eines Tages Nanozahnräder oder ähnliches bauen.
Auch für die Materialanalyse ist so ein FIB eine prima Sache: Mit einem normalen REM kann man zwar die Oberfläche eines Materials sehr gut untersuchen, aber was spielt sich in der Tiefe ab? Reingucken kann ein REM in ein Material nicht. Mit einem FIB kann man aber Material stückweise abtragen und so auch untersuchen, wie beispielsweise kleine Einschlüsse in einem Material in der dritten Dimension aussehen. Man trägt immer ein bisschen Material ab, macht ein Bild, trägt wieder Material ab, macht wieder ein Bild und immer so weiter. Am Ende hat man dann eine echte dreidimensionale Analyse des Materials.
Umgekehrt kann man mit einem FIB auch Material ablagern. Dazu nimmt man ein Gasgemisch, das Platin enthält. Damit kann man dann Platinionen auf die Oberfläche schießen, aber jetzt mit so niedriger Energie, dass sie an der Oberfläche haften bleiben. Hier mal ein kleiner Eindruck, wie so etwas prinzipiell aussieht:
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