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Prüfung für die Mikro- und Nanoelektronik

Eine besondere Kompetenz am Fraunhofer IKTS umfasst die Nutzung mikroskopischer Prinzipien bei der durchstrahlenden Charakterisierung von Bauteilen und Verbünden insbesondere für die Mikro- und Nanoelektronik. Dadurch wird der Einsatzbereich der röntgenbasierten Methoden zu Auflösungsgrenzen bis ca. 50 nm erweitert, was auch die dreidimensionale Erfassung komplizierter Geometrien erlaubt.

Röntgenmikroskopie und -tomographie

Ein Verfahren, das am Fraunhofer IKTS zur Analyse von Strukturen und Fehlern in Werkstoffen eingesetzt wird, ist die Röntgenmikroskopie (XRM) und die darauf basierende Nano-Röntgentomographie (Nano-XCT) mittels Röntgenmikroskop. Die Verfahren ermöglichen die zerstörungsfreie Untersuchung von Struktur- und Funktionswerkstoffen auf mikroskopischer Ebene mit einer Auflösung bis ca. 50 nm. Die Hauptanwendungen liegen in der Abbildung von Poren, Einschlüssen und Rissen in Verbundwerkstoffen (z. B. faserverstärkten Keramiken), nanoporösen Werkstoffen (Filtermembranen) und der Mikroelektronik (Through Silicon Vias). Objekte, die größer als das Sichtfeld (max. 65 μm x 65 μm) sind, können durch Mosaikaufnahmen röntgenmikroskopisch abgebildet werden.

Insbesondere bei Werkstoffen mit geringer Dichte kann eine Kontrasterhöhung durch Ausnutzung des Zernike-Phasenkontrasts erreicht werden, um Grenzflächen und Oberflächen, aber auch Delaminationen und Risse hervorzuheben. Für eine umfassende Werkstoffcharakterisierung wird die Röntgenmikroskopie und -nanotomographie zusammen mit zahlreichen abbildenden und analytischen Methoden wie Lichtmikroskopie,
Mikro-CT, Elektronenmikroskopie (REM, TEM) inklusive Spektroskopie (EDX, EELS) und Mikro- und Nanoindentation im Fraunhofer IKTS kombiniert.

In-situ-Experimente

Miniaturisierte thermische und mechanische Prüfvorrichtungen im Strahlengang des Röntgenmikroskops erlauben Experimente so zu beobachten, dass neben 3D-Informationen auch 4D-Datensätze gewonnen werden können. Gegenwärtig stehen folgende miniaturisierte Prüfvorrichtungen für den Einsatz im Röntgenmikroskop zur Verfügung:

  • Mikroindenter mit variablem Prüfkörper (Flat Punch, Sphere, Berkovich, Cube Corner) bis 1 N
  • Micro Double Cantilever Beam für Rissausbreitungsversuche
  • Mikroreaktionskammer für Abbildung unter erhöhten Temperaturen bis 500 °C (reaktive oder inerte Atmosphäre)
  • Elektro-/Stress-Migration-Testverfahren