DE19529222C1

DE19529222C1 - Electrolytic prodn. of TEM specimen

Info

Publication number: DE19529222C1
Application number: DE1995129222
Authority: DE
Inventors: Carl-Georg Dr Rer Nat Oertel; Ingo Dr Poschmann
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2015-08-10

Abstract

A process for electrolytic prodn. of transmission electron microscope specimens of electrically conductive material involves (a) clamping the specimen (6) between two punches (4, 5); (b) applying a voltage, corresponding to the polishing region of the polishing curve of the specimen, between electrodes (1) while passing electrolyte about the specimen to remove material extending beyond the punches; and (c) thinning the specimen at one or both sides in the region of the punch faces by electro-erosion with an electrolyte until current flow through the specimen, corresponding to the start of specimen perforation, is detected, the electro-erosion being carried out to perforate the specimen between the electrodes (1, 2 and/or 1, 3) and perforation being detected by measuring the current between the electrodes (2, 3). Also claimed is an appts. for carrying out the above process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1, and a device for performing the Procedure.

Bekannt ist die Herstellung von elektronenmikroskopischen Proben, indem aus dem Ausgangsmaterial zunächst eine Probe mit entsprechendem Querschnitt ausgestanzt wird. Beim Ausstanzen ist die Probe nachteiligen Verformungen unterworfen. Zum nachfolgenden elektroerosiven Dünnen wird die Probe eingespannt. Beim Dünnen wird die Probe mittels Licht detektiert, und bei Erhalt eines Loches in der Probe (Lichtdurchgang durch die Probe) das Dünnen beendet. Das fehlende Material im Lochbereich fällt nachteilig für die elektronenmikroskopischen Betrachtung aus.The production of electron microscopic samples is known, by first taking a sample from the starting material corresponding cross section is punched out. When punching is subject the sample to adverse deformations. To the Subsequent electroerosive thins, the sample is clamped. When thinning, the sample is detected using light, and at Obtaining a hole in the sample (light passage through the sample) the thinning ended. The missing material in the hole area falls disadvantageous for electron microscopic observation.

Aus der JP 58213899 A ist ein Verfahren zur Herstellung von transmissonselektronenmikroskopischen Proben bekannt. Mit der vorgeschlagenen Anordnung ist die Herstellung des Außendurchmessers der Probe nicht möglich. Mittel zur Detektion des Probendurchbruchs sind nicht vorgesehen.JP 58213899 A describes a process for the production of known transmission electron microscopic samples. With the proposed arrangement is the manufacture of the Outside diameter of the sample is not possible. Detection means breakthrough samples are not provided.

Eine Vorrichtung zur elektrolytischen Behandlung von Metallproben für Elektronenmikroskope ist auch aus der DD 2 55 053 A3 bekannt. Die Vorrichtung gestattet eine einseitige Dünnung der Metallprobe. Der Außendurchmesser kann durch die Vorrichtung nicht mit hergestellt werden. Eine Detektion des Probendurchbruchs auf elektrischem Wege ist nicht möglich.A device for the electrolytic treatment of metal samples for electron microscopes is also known from DD 2 55 053 A3. The device allows one-sided thinning of the Metal sample. The outside diameter can be determined by the device not be manufactured with. A detection of the Sample breakthrough by electrical means is not possible.

Aus der SU 412523 A ist noch eine weitere Vorrichtung zur Herstellung von elektronenmikroskopischen Proben bekannt. Mit der Vorrichtung kann eine beidseitige Dünnung der Probe erfolgen. Die Detektion des Durchbruchs erfolgt mittels Licht, so daß bis zum Durchbruch gedünnt wird. Die Herstellung des Außendurchmessers der Probe mit der Vorrichtung ist auch hier nicht vorgesehen.SU 412523 A is yet another device for Production of electron microscopic samples known. With the The device can be thinned on both sides of the sample. The The breakthrough is detected by means of light, so that up to Breakthrough is thinned. The manufacture of the outside diameter the sample with the device is also not provided here.

Aufgabe der Erfindung ist, es einen größeren durchstrahlbaren Bereich an elektronenmikroskopischen Proben herzustellen.The object of the invention is to make it larger To produce a range of electron microscopic samples.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Ansprüchen genannten und im Ausführungsbeispiel näher erläuterten Mitteln gelöst.According to the invention the task with those mentioned in the claims and solved in the embodiment explained in more detail.

Durch das Einspannen des Materials und elektrochemische Behandlung der überstehenden Teile wird die Probe zunächst mit ihrem endgültigen Außendurchmesser hergestellt. Die Probe bleibt eingespannt, und wird von den Hohlräumen der Stempel aus elektroerosiv gedünnt.By clamping the material and electrochemical treatment of the protruding parts, the sample is first with your final outer diameter. The sample remains clamped, and is from the cavities of the stamp electroerosively thinned.

Das Dünnen kann beidseitig der Probe erfolgen, indem die Polarität taktweise zwischen den Elektrodenanordnungen gewechselt wird. Die Elektrodenanordnung stellt insgesamt eine Art Triode dar, die zur Detektion der Schichtdicke ausgenutzt wird. Kurz vor der Perforation der Probe, wenn die Schichtdicke wenige Atomabstände beträgt, kann ein Stromfluß durch die Probe gemessen werden, der als Signal zur Abschaltung des Erosionsvorgangs ausgenutzt wird.The thinning can be done on both sides of the sample by changing the polarity is cyclically changed between the electrode arrangements. The Overall, the electrode arrangement represents a type of triode which is used for Detection of the layer thickness is used. Shortly before the perforation of the sample if the layer thickness is a few atomic distances a current flow through the sample can be measured, which as a signal to Shutdown of the erosion process is used.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Probe ohne Verzug und Einbringen von inneren Spannungen hergestellt wird, und eine größere elektronenmikroskopisch untersuchbare Fläche zur Verfügung steht.The advantage of the solution according to the invention is that the Sample produced without distortion and introduction of internal stresses and a larger area that can be examined by electron microscopy is available.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und nähere Erläuterungen der Erfindung sollen an Hand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels gemacht werden. In den Zeichnungen zeigen:Further advantageous refinements and detailed explanations of the Invention should be based on the following embodiment be made. The drawings show:

Fig. 1 ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Anordnung die Probe und die Stempelenden betreffend Fig. 1 shows a section of an arrangement according to the invention, the sample and the die ends

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung in einem Elektrolytbehälter mit den Elektrolytzu- und -abführungen Fig. 2 shows an arrangement according to the invention in an electrolyte container with the electrolyte inlets and outlets

In Fig. 1 sind die beiden hohlen Stempelenden 4,5 dargestellt. Zwischen den Stempeln ist die Probe 6 angeordnet bzw. eingespannt. An der Innenwand von Stempel 4 ist eine Elektrode 1 angeordnet, die bis zur Oberfläche der Probe 6 reicht. Beidseits der Probe 6 sind Stabelektroden 2, 3 angeordnet, die ebenfalls bis zur Oberfläche der Probe 6 reichen. Jeder Stempel 4, 5 weist einen Zu- und Abfluß für Elektrolyt auf. Die Peripherie der Anordnung ist hier nicht weiter dargestellt. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß im Ausführungsbeispiel die Stempel 4, 5 gegenüber der Probe 6 abgeschlossen sind, und der Zu- und Abfluß des Elektrolyten auf und von der Oberfläche der Probe 6 über die Öffnungen 7, 8, 9, 10 erfolgt. In Fig. 1, the two hollow punch ends 4,5 are shown. The sample 6 is arranged or clamped between the stamps. An electrode 1 is arranged on the inner wall of the stamp 4 and extends to the surface of the sample 6 . Stick electrodes 2 , 3 are arranged on both sides of the sample 6 and also extend to the surface of the sample 6 . Each stamp 4 , 5 has an inflow and outflow for electrolyte. The periphery of the arrangement is not shown here. In particular, it should be pointed out that in the exemplary embodiment the punches 4 , 5 are sealed off from the sample 6 , and the inflow and outflow of the electrolyte onto and from the surface of the sample 6 take place via the openings 7 , 8 , 9 , 10 .

Für eine beispielhaft hergestellte Probe wurde ein stabförmiges Al- Stück mit einer Breite von 7 mm und einer Dicke von 200 µm verwendet. Dieses wurde zwischen zwei aus PVC hergestellten Stempeln mit einem Außendurchmesser von 3 mm unter einem Druck von ca. 500 N eingespannt. Die Probe wurde durch eine im Stempel 4 liegende Elektrode 1 kontaktiert. Die gesamte Anordnung wurde in ein elektrolytisches Bad der Zusammensetzung 25 Vol-% HNO₃, 75 Vol-% Methanol eingebracht. Durch Anlegen einer Spannung von 20 . . . 30 V wurden die überstehenden Materialteile verformungs- und spannungsfrei elektrolytisch abgetragen. Für das "Stanzen" der Probe und für das nachfolgende Perforieren der Probe ist der Elektrolyt identisch.A rod-shaped Al piece with a width of 7 mm and a thickness of 200 μm was used for an example produced sample. This was clamped between two stamps made of PVC with an outside diameter of 3 mm under a pressure of approx. 500 N. The sample was contacted by an electrode 1 located in the stamp 4 . The entire arrangement was introduced into an electrolytic bath with the composition 25% by volume HNO 3, 75% by volume methanol. By applying a voltage of 20. . . 30 V, the protruding parts of the material were removed electrolytically without deformation or stress. The electrolyte is identical for the "punching" of the sample and for the subsequent perforation of the sample.

Nach Beendigung der Herstellung der äußeren Form der Probe wurde das Gesamtgerät in einem Wasserbad gereinigt und auf den Perforationszusatz aufgebracht. Der Elektrolyt wird durch eine Eintritts- 7, 9 und eine Austrittsöffnung 8, 10 in jedem Stempel durch das Innere des Stempelrohres gepumpt. Die Probe wird über die Elektrode 1 auf ca. 5 V positiv vorgespannt. Wechselseitig werden die Elektroden 2, 3 mit variablen Takt auf positives und negatives Potential von ca. 30 . . . 35 V gelegt. Nach entsprechendem beidseitigen Materialabtrag ist im Augenblick bzw. kurz vor dem Durchbruch ein Stromfluß von Elektrode 2 zu Elektrode 3 durch die Probe 6 zu registrieren, worauf die Zuführung des Elektrolyten abgeschaltet wird. Die Probe steht nach dem Ausspannen und einer Reinigung für Untersuchungen im Transmissionselektronenmikroskop zur Verfügung.After completion of the preparation of the outer shape of the sample, the entire device was cleaned in a water bath and applied to the perforation additive. The electrolyte is pumped through an inlet 7 , 9 and an outlet opening 8 , 10 in each stamp through the interior of the stamp tube. The sample is biased to about 5 V via electrode 1 . On the other hand, the electrodes 2 , 3 are set to a positive and negative potential of approx. 30 with a variable clock. . . 35 V. After corresponding removal of material on both sides, a current flow from electrode 2 to electrode 3 through the sample 6 is to be registered at the moment or shortly before the breakthrough, whereupon the supply of the electrolyte is switched off. After unclamping and cleaning, the sample is available for analysis in a transmission electron microscope.

Nach Fig. 2 ist die Anordnung gemäß der Fig. 1 in eine Aufnahmeeinrichtung 11 eingebracht. Die Aufnahmeeinrichtung 11 ist hier ein Elektrolytbehälter, der zur Herstellung der äußeren Form ("Stanzen") der Probe dient. Der Elektrolytbehälter weist dazu eine zusätzliche Erodierelektrode 12 auf, die in der Nähe der Probe 6 angeordnet ist. Der Elektrolyt wird über die Zu- und Ableitungen 13 in den Elektrolytbehälter zu- und abgeführt. Damit kann die äußere Form der Probe in vorteilhafter Weise hergestellt werden.According to FIG. 2, the arrangement according to FIG. 1 is introduced into a receiving device 11 . The receiving device 11 here is an electrolyte container which serves to produce the outer shape (“punching”) of the sample. For this purpose, the electrolyte container has an additional eroding electrode 12 , which is arranged in the vicinity of the sample 6 . The electrolyte is fed into and out of the electrolyte container via the feed and discharge lines 13 . The outer shape of the sample can thus be produced in an advantageous manner.

Claims

1. A method for the electrolytic production of transmission electron microscopic samples made of electrically conductive material, characterized in that

the sample ( 6 ) is clamped between two punches ( 4 , 5 ),
- the clamped sample is flushed with an electrolyte while applying a voltage between the electrodes ( 1 , 12 ) until the material protruding from the stamp is removed, a voltage corresponding to the polishing area of the polishing curve being set in accordance with the polishing curve of the sample,
the sample is then thinned on one or both sides in the area of the stamp surfaces, the thinning by electroerosion using an electrolyte being carried out until a current flow through the sample is detected when the sample begins to perforate,
- The electroerosion for perforating the sample between the electrodes ( 1 , 2 ) and / or ( 1 , 3 ) is carried out, and the detection of the perforation is carried out by measuring the current between the electrodes ( 2 , 3 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the electroerosion for perforating the sample is carried out with a cyclical change in the polarities between the electrodes ( 1 , 2 ) and ( 1 , 3 ), and the current between the electrodes ( 2 , 3 ) is measured after each cycle.

3. The method according to claim 1, characterized in that the Electrolyte according to the material used and the Current-voltage curve according to the polishing curve is selected.

4. The method according to claim 1, characterized in that the clamping pressure of the sample ( 6 ) is up to 500 N.

5. Device for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that two stamps made of electrically non-conductive material ( 4 , 5 ) are provided, which are hollow at least at their ends, the stamp ( 4 , 5 ) are arranged in a receiving device ( 11 ) so that they can be moved towards each other, whereby a rod electrode ( 2 , 3 ) is arranged in the stamps ( 4 , 5 ) so as to be longitudinally displaceable, at least one stamp ( 4 ) inside an electrode ( 1 ) for contacting the Has sample ( 6 ), and the stamp to the cavities openings ( 7 , 8 , 9 , 10 ) for the supply and discharge of electrolyte.

6. The device according to claim 5, characterized in that the Stamp a cross section corresponding to TEM samples exhibit.

7. The device according to claim 5, characterized in that the electrode ( 1 ) is a ring electrode in the interior of the stamp ( 4 ).

8. The device according to claim 5, characterized in that a ring electrode is additionally provided in stamp ( 5 ).

9. The device according to claim 5, characterized in that the receiving device ( 11 ) is designed as an electrolyte container.