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 Vergleich 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, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster und seiner Forschungsgruppe Micro und Nanoanalyse, Ao.Univ.Prof. Herbert Hutter, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster und seiner Forschungsgruppe Physikalische Analyse, öffnet in einem neuen Fenster und Dr. Annette Foelske, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (Fachbereich Elektronenspektroskopie) die entsprechende Fachkompetenz zur Verfügung.

Verfügbare Geräte

Die Auger Elektronen Spektroskopie (AES) ist eine Methode zur Oberflächenanalyse, welche sich den Auger Effekt zunutze macht. Analysiert werden die von der Probe emittierten Elektronen, welche nach der initialen Anregung eine Serie innerer Relaxationen erfahren.

Das 710 Auger Nanoprobe konnte in 2022 aus FFG Mitteln zur Forschungs- & Entwicklungs-Infrastrukturförderung, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster im Rahmen des ELSA Projektes angeschafft werden. Es kombiniert ein hochauflösendes SEM (< 5 nm) mit einem hochauflösendem Augerelektronenspektrometer (< 10 nm). Die Kombination dieser Techniken ermöglicht das Erstellen von Elementverteilungen an der Oberfläche von Materialien im Nanometerbereich, welche mit SEM-Bildern verglichen werden können. Dadurch können kleinste Strukturen, wie z.B. in Form von Defekten, erkannt und chemisch analysiert werden.

Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (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 der Versaprobe III handelt es sich um ein Röntgenphotoelektronenspektrometer, das in 2022 aus FFG Mitteln zur Forschungs- & Entwicklungs-Infrastrukturförderung, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster im Rahmen des ELSA Projektes angeschafft werden konnte.

Die Versaprobe III verfügt über eine rasternde, monochromatische Röntgenquelle (Al Kα), die das Fokussieren des Röntgenstrahls auf Durchmesser von < 10 μm erlaubt. Durch die Aufnahme von röntgeninduzierten Sekundärelektronenbildern (SXI) wird eine "REM-artige" Bedienung möglich, was eine lokale Identifikation von möglichen Inhomogenitäten der Probenoberflächen anzeigt, welche in Folge chemisch analysiert werden können.

Das Dektak Stylus Profilometer, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster 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.

Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (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.

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.

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 (Umweltanalytik, Biologie, Medizin, etc.) eingesetzt.

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.