Nano-CT

Das TXM ist eine Forschungsanlage, an welcher der Einsatz modernster Röntgenoptiken erprobt wird, um die höchste Auflösung im Labor bei handhabbarer Messdauer zu erreichen. Röntgenoptiken sind ein vergleichsweise junges Forschungsfeld, da sich Röntgenstrahlung intuitiv nicht durch klassische Linsen beeinflussen lässt. Das TXM bietet in einer geräumigen Strahlenschutzkabine mit einer Vielzahl fernsteuerbarer Achsen große Freiräume beim Realisieren neuer Versuchsaufbauten.

Das Prinzip eines einfachen Tischmikroskopes ist den meisten bekannt. Das Licht einer Lampe wird dabei durch eine Linse gebündelt und durchstrahlt die Probe, während eine zweite Optik das Bild vielfach vergrößert in das Auge des Betrachters projektiert. Am TXM wird dieser Strahlenverlauf mit modernsten Röntgenoptiken nachgebildet, um die Vorteile der Röntgenstrahlung, wie die Durchdringung von Materie und kurze Wellenlänge, auszunutzen. Zum Einsatz kommen hier verschiedene Kapillar- und Spiegeloptiken als Kondensor sowie diffraktive Zonenplatten (Fresnellinsen) und refraktive Linsen als Abbildende Systeme.

Als Röntgenquelle findet eine Hochleistungsmikrofokusröhre Verwendung. Das Besondere hierbei ist das als Anode dienende Flüssigmetall-Jetsystem. Hierbei wird eine flüssige Galliumlegierung mit hohem Druck in die Vakuumkammer eingeschossen und dient als sich ständig erneuerndes Target für den Elektronenstrahl. Das Jetsystem bietet eine deutlich bessere Wärmeabfuhr als klassische Anoden und erlaubt daher eine vielfach höhere Leistung auf kleinem Brennfleck zu deponieren.

In enger Kooperation zwischen Lehrstuhl und Forschern des Fraunhofer EZRT ist es erfolgreich gelungen ein kompaktes NanoCT-System zu entwickeln, wie es bislang nicht auf dem Markt verfügbar ist. Die ntCT basiert auf modernster Technologie im Bereich der Röntgenröhren und Detektoren und erlaubt die dreidimensionale Untersuchung von Objekten mit einer Auflösung bis zu 150 nm. Durch das vollintegrierte Systemdesign und die intuitive Benutzerführung ist die ntCT die produktnäheste Anlage und fungiert damit auch als Showcase für die Geräteentwicklung.

Die Vergrößerung des zu untersuchenden Objektes basiert rein auf geometrischer Vergrößerung, wie es auch vom Strahlensatz bekannt ist. Die Probe muss hierzu möglichst klein präpariert und auf wenige hundert Mikrometer an das Austrittsfenster der Röntgenquelle herangefahren werden. Hierzu steht ein Multi-Achsen-Probenmanipulator mit Genauigkeit im nanometerbereich zur Verfügung. Die Röntgenquelle erzeugt einen nur 300 nm großen Quellfleck auf einem Wolfram Transmissionstarget. Das Durchstrahlungsbild wird von einem direkt photonenzählenden Röntgendetektor mit 75 µm großen Pixeln aufgenommen. Die ntCT steht dem Lehrstuhl zur Untersuchung verschiedenster Proben aus dem Bereichen Materialwissenschaften, Mikroelektronik und Biologie zur Verfügung.

Beim XRM-II nanoCT handelt es sich um ein CT System, welches in ein Rasterelektronenmikroskop (REM) integriert ist. Da es wie die ntCT auf dem Prinzip der geometrischen Vergrößerung beruht, ist ein möglichst kleiner Brennfleck von Nöten. Dieser wird durch die fokussierenden Elektronenoptiken des REMs und die eigens dafür angefertigten Wolfram/Molybdän-Reflexionstargets gewährleistet. Die Targets haben die Form einer Nadel mit einem Spitzendurchmesser unter 100nm. Mit diesem System können in 2D Auflösungen unter 100 nm und in 3D von 130 nm erreicht werden.

Das XRM-II nanoCT ist so konstruiert, dass trotz des CT-Zusatzes, der volle Funktionsumfang eines Elektronenmikroskops zur Verfügung steht. Dies hat den Vorteil, dass Proben nicht nur mit Röntgenstrahlen, sondern auch mit Elektronen untersucht werden können.