Feldionenmikroskop

    Das Feldionenmikroskop (FIM) ist ein Analysegerät der Materialwissenschaften. Es handelt sich dabei um ein spezielles Mikroskop, das die Atomanordnung auf der Oberfläche einer scharfen Nadelspitze sichtbar macht. Das Verfahren, mit dem erstmals einzelne Atome aufgelöst werden konnten, wurde von Erwin Müller entwickelt. Bilder der Atomstruktur von Wolfram wurden erstmals 1951 in der Zeitschrift für Physik veröffentlicht.

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Funktionsweise

Für die Untersuchung einer Probe in einem FIM wird eine scharfe Metallspitze hergestellt und in einer Vakuumkammer, die mit einem Edelgas (z. B. Helium oder Neon) gefüllt ist, platziert. Es werden Edelgase verwendet, weil man ein höheres Elektrisches-Feld braucht um sie zu ionisieren (abgeschlossene Schalen). Höheres E-Feld bedeutet dann auch höhere Auflösung. Die Spitze wird auf eine Temperatur zwischen 20-100 K abgekühlt. Eine positive Hochspannung von 5 bis 10 kV wird zwischen der Spitze und einem Detektor, z. B. einer Kombination aus Mikrokanalplatte und Phosphorschirm, angelegt. Gasatome werden durch das starke elektrische Feld in der Nähe der Spitze ionisiert (daher Feldionisation), positiv geladen und von der Spitze abgestoßen. Dabei muss die elektrische Feldstärke zwar hinreichend groß sein, um Feldionisiation der Gasatome zu ermöglichen, aber geringer als die zur Ablösung von Atomen der Spitzenoberfläche (Feldverdampfung oder Felddesoption) notwendige Spannung.

Im Gegensatz zu anderen Mikroskoptypen (Lichtmikroskop, Elektronenmikroskop), bei denen das Auflösungsvermögen durch die Wellenlänge der zur Abbildung verwendeten Teilchen bestimmt wird, hängt die Vergrößerung des Feldionenmikroskopes im Wesentlichen von der Krümmung der Spitzenoberfläche und der angelegten Spannung ab. Die ionisierten Gasatome werden radial (senkrecht zur Oberfläche) von der Spitzenoberfläche auf den Detektor beschleunigt und vermitteln eine Zentralprojektion der Spitzenoberfläche mit einer Vergrößerung, die im Bereich von 10⁵...10⁶ liegt. Damit ist es problemlos möglich, einzelne Atome der Spitzenoberfläche abzubilden und Gitterfehler wie z. B. Versetzungen zu beobachten.

Siehe auch

• Feldelektronenmikroskop
• Atomsonde

Literatur

• Erwin Wilhelm Müller: Das Feldionenmikroskop, Z.Phys. 131, 136 (1951)