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Röntgenmikroskopie

Neue Röntgenmikroskopie mit Superauflösung gibt Einblick in die Nanowelt

18.07.2008 | Redakteur: Olaf Spörkel

25 von rund 10 000 Beugungsbildern, die in die Auswertung einfließen, um ein einziges Bild in der neuen Röntgenmikroskopie-Superauflösung zu generieren.
25 von rund 10 000 Beugungsbildern, die in die Auswertung einfließen, um ein einziges Bild in der neuen Röntgenmikroskopie-Superauflösung zu generieren.

Ein neues Röntgenmikroskop mit Superauflösung kombiniert die hohe Durchdringungsleistung von Röntgenstrahlen mit einer hohen bildlichen Auflösung und ermöglicht es, Licht auf detaillierte innere Strukturen von Halbleiterbauelementen oder Zellen zu werfen.

Villigen/Schweiz – Ein Forscherteam des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der ETH Lausanne (EPFL) in der Schweiz haben ein neues Röntgenmikroskop mit Superauflösung entwickelt, das mithilfe der hohen Durchdringungsleistung der Röntgenstrahlen und einer hohen bildlichen Auflösung Halbleiterbauelemente oder Zellen im Nanomaßstab abbilden kann.

„Seit vielen Jahren arbeiten Forscher an Konzepten für ein Mikroskop mit Superauflösung mittels Elektronen und Röntgenstrahlen. Nur der Bau eines speziellen Instruments im Wert von mehreren Millionen Schweizer Franken an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz des PSI ermöglichte uns die Stabilität zu erreichen, die für die Implementierung unserer neuen Methode in der Praxis erforderlich ist“, erläutert Prof. Franz Pfeiffer, Leiter des EPFL-Forscherteams.

Das Instrument setzt den Megapixel-Detektor Pilatus ein, dessen großer Bruder ebenfalls am PSI entwickelt wurde und in Kürze am Large Hadron Collider des CERN zum Einsatz kommen wird. Pilatus ist laut Aussage der Forscher in der Lage, Millionen einzelner Röntgenstrahlphotonen präzise zu zählen. Diese Eigenschaft ermöglicht die Aufzeichnung von detaillierten Beugungsbildern der Probe, während sie im Fokus des Strahls mit dem Rasterscan-Verfahren untersucht wird. Herkömmliche Transmissions-Rasterelektronenmikroskope messen im Gegensatz dazu nur die gesamte, von der Probe absorbierte Intensität. Die Beugungsdaten werden mit einem eigens entwickelten Algorithmus verarbeitet.

Elektronenrastermikroskope liefern hochauflösende Bilder der Oberflächenstruktur. Das neue Mikroskop mit Superauflösung kann jedoch tief in Halbleiterstrukturen oder biologische Proben hineinsehen. Dadurch sollen bei Halbleitern Mängel, die im Nanobereich liegen, entdeckt werden, obwohl diese defekten Strukturen tief im Innern des Bauteils liegen. Die zerstörungsfreie Analyse der Mängel soll einen Beitrag zur Verbesserung der Halbleiterqualität liefern, wo Strukturgrößen unter hundert Nanometern zum Einsatz kommen. Das Röntgenmikroskop kann auch eingesetzt werden, um detaillierte Strukturen im Inneren von Zellen bzw. Zellbestandteilen abzubilden.

Originalveröffentlichung: Thibault, P. et al.: High-Resolution Scanning X-Ray Diffraction Microscopy, Science, Vol 321 (2008).

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