Modulare und kundenspezifisch anpassbare SEM-Plattform von SmarAct
Die Untersuchung und Manipulation von Materialeigenschaften auf subatomarer Skala treiben Fortschritte in den Quantentechnologien, den Materialwissenschaften und der Halbleiterforschung voran. Um diese Entwicklungen zu unterstützen, müssen sich analytische Verfahren kontinuierlich weiterentwickeln, wodurch die Anforderungen an Positioniergenauigkeit, Stabilität und experimentelle Anpassungsfähigkeit stetig steigen.
Einer der Ansätze von SmarAct ist eine ultrakompakte, modulare Positionierplattform, die nanometergenaue Bewegungen mit minimalem Platzbedarf kombiniert. Mit bis zu sechs Freiheitsgraden ermöglicht sie eine hochgenaue Probenpositionierung bei gleichzeitig schlanker Bauform und großen Kipp- und Drehwinkeln. Zugleich bleibt die Probe aus mehreren Richtungen zugänglich, was die Integration von Instrumenten, die Platzierung von Detektoren und die experimentelle Flexibilität erleichtert.
Das System basiert auf einem konfigurierbaren Plattformkonzept und lässt sich mithilfe einer großen Auswahl an Positionierern, Materialoptionen, Antriebstechnologien und kinematischen Konfigurationen an spezifische Anwendungsanforderungen anpassen. Damit bildet es eine ideale Grundlage sowohl für die Entwicklung neuer Instrumente als auch für die Modernisierung bestehender Systeme.
Die Plattform eignet sich insbesondere für die Rasterelektronenmikroskopie (SEM), die Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM), die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) und die Röntgendiffraktion (XRD). Ihr modularer Aufbau unterstützt außerdem fortschrittliche Analyseverfahren wie Computertomographie, Ptychographie, Kristallographie, Spektroskopie und zahlreiche Arten von In-situ-Experimenten.
Die Plattform erfüllt die wachsende Nachfrage nach flexiblen, zukunftssicheren Instrumenten, die sich einfach in bestehende Labor- und Industrieumgebungen integrieren lassen. Sie bietet eine skalierbare Lösung, die sich gemeinsam mit den Forschungszielen weiterentwickelt und zur Optimierung von Arbeitsabläufen beiträgt.
Konzept und Design
Im Zentrum des Systems steht ein hochpräziser Probentisch für die nanometergenaue und wiederholbare Probenpositionierung mit bis zu sechs Freiheitsgraden.
Durch den modularen Aufbau lassen sich unterschiedliche Bewegungstechnologien und Positionierachsen in einer einzigen Plattform kombinieren und bei veränderten Anforderungen erweitern. Dadurch eignet sich das System gleichermaßen für explorative Laborumgebungen, spezielle Forschungsinfrastrukturen und kompakte OEM-Integrationen.
Für Anwendungen, die zusätzliche Funktionen erfordern, ist eine Standardplattform mit 200 mm verfügbar, die gleichzeitig bis zu vier optionale Funktionsmodule aufnehmen kann. Dieser Ansatz ermöglicht die Integration ergänzender Funktionen bei gleichzeitig kompakter und übersichtlicher Systemanordnung.
Sowohl das System als auch die einzelnen Module können als vollständig autonome Lösungen betrieben oder nahtlos in bestehende Steuerungsumgebungen und Automatisierungs-Frameworks integriert werden. Dank der anpassbaren mechanischen Konstruktion lässt sich die Probenmanipulationsplattform – oder lassen sich ausgewählte Subsysteme – in eine Vielzahl von Elektronenmikroskopen, wissenschaftlichen Instrumenten und anderen fortschrittlichen Analysegeräten integrieren, bei denen anspruchsvolle Anforderungen hinsichtlich des verfügbaren Bauraums oder der Umgebungsbedingungen bestehen.
Die Plattform vereint Flexibilität, Präzision und Systemintegration in einem einzigen Konzept. Ob bei der Ausrichtung von Proben in hochfokussierten Strahlen, der Positionierung von Proben unter Elektronenoptiken oder der Entwicklung anspruchsvoller Forschungsinstrumente: Die modulare Plattform und ihre Module bilden eine zuverlässige Grundlage für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen Genauigkeit, Anpassungsfähigkeit und Mehrachsbewegungen mit räumlichen Einschränkungen oder schwierigen Umgebungsbedingungen in Einklang gebracht werden müssen.
Zu den verfügbaren Modulen gehören Nanoprobing-Türme mit vierdimensionaler, nanometergenauer Positionierfähigkeit, automatisierte Probenwechsler für bis zu vier Probenhalter, spezielle Lift-out-Module sowie spezifische Lift-out- oder Probentransfer-Positionierer für fortschrittliche Mikroskopie-Workflows.
Probentisch
Mit sechs Freiheitsgraden und einer kompakten, platzsparenden Bauform ermöglicht der Probentisch äußerst vielseitige Positioniermöglichkeiten innerhalb komplexer Versuchsaufbauten. Das System basiert auf einer seriellen Kinematik oder Parallelkinematik mit compucentric Motion Control und ermöglicht präzise translatorische und rotatorische Positionierungen bei gleichzeitig hoher Stabilität und Wiederholgenauigkeit.
Die optimierte mechanische Konstruktion sorgt für minimale Abschattung. Sie verdeckt lediglich 4 % der Hemisphäre oberhalb der Probe, sodass 96 % frei und für Detektoren, Strahlengänge und zusätzliche Instrumentierung zugänglich bleiben.
Forschende profitieren von Positionsauflösungen im Nanometer- und Mikrogradbereich, der wiederholbaren Rückkehr zu definierten Koordinaten sowie der Unterstützung von Open-Loop-Steuerung und Closed-Loop-Regelung. Große Dreh- und Kippbereiche von bis zu 360° für die Probendrehung und 180° für Tip/Tilt bieten in Kombination mit einer zentralen Apertur mit 1 Zoll Durchmesser die für anspruchsvolle Beugungs- und Bildgebungsexperimente erforderliche Flexibilität.
Automatisierte Bewegungsabläufe unterstützen effiziente Workflows und die Integration in fortschrittliche Forschungsumgebungen. Gleichzeitig ermöglicht die Präzision des Systems Anwendungen wie Image Stitching und das Scannen makroskopischer Probenbereiche, selbst wenn die Strahlquelle nicht bewegt werden kann.
Weitere Positioniersysteme von SmarAct, beispielsweise SMARPOD, SMARGON und TRIPOD, können ebenfalls als Probentische eingesetzt werden, sodass Anwender von deren spezifischen Eigenschaften und Vorteilen profitieren können.
Sondierturm
Der Sondierturm erweitert die Möglichkeiten von Rasterelektronenmikroskopie-Umgebungen, indem er elektrisches Sondieren und Charakterisieren direkt in der Mikroskopkammer ermöglicht.
Das auf der bewährten SMARPROBE Technologie basierende System bietet einen großzügigen Verfahrweg von 21 × 21 × 21 mm³, sodass bis zu vier Sondenspitzen praktisch jede Position auf einem typischen SEM-Probenhalter erreichen können.
Der Sondierturm wurde für Wissenschaftler und Ingenieure in der Halbleiterentwicklung, den Materialwissenschaften, der Nanotechnologie und der Photonik konzipiert und kombiniert präzise Bewegungssteuerung mit vielseitigen elektrischen Messmöglichkeiten. Das System unterstützt ein breites Anwendungsspektrum, vom Anlegen definierter elektrischer Potenziale und der kontrollierten Kontaktierung von Proben bis zur lokalen Ableitung von Ladungen auf isolierenden Oberflächen.
Anwender können Messungen von einfachen Einpunktsondierungen bis hin zu anspruchsvollen Vierpunktcharakterisierungen mit optionalen Vorspannungskonfigurationen durchführen. Die Plattform eignet sich außerdem für fortschrittliche elektronenstrahlbasierte Verfahren wie Analysen mittels Electron Beam Absorbed Current (EBAC) und Electron Beam Induced Current (EBIC), die eine detaillierte Untersuchung von Bauelementstrukturen und Materialeigenschaften ermöglichen.
Zur Maximierung der Benutzerfreundlichkeit in beengten SEM-Kammern können die Sondiertürme in spezielle Parkpositionen bewegt werden, sodass bei Bedarf ein optimaler Zugang zur Probe gewährleistet ist. Die Bewegungsarchitektur kann über SmarAct Motion Control kundenspezifisch angepasst werden und ermöglicht anwendungsspezifische Kinematiken sowie entweder einen unabhängigen Betrieb oder synchronisierte Bewegungen mit dem Probenpositioniersystem.
Eine integrierte Prozedur zum automatischen Sondenaufsetzen unterstützt die zuverlässige und kontrollierte Platzierung der Sonden und trägt zum Schutz empfindlicher Proben und Sondenspitzen bei. Für spezielle Anwendungen ermöglicht eine optionale Ätzstation die Herstellung kundenspezifischer Sondenspitzengeometrien, die auf die jeweiligen Messanforderungen abgestimmt sind.
Automatisches Probenwechselsystem
Der Sample Changer erweitert die Möglichkeiten eines miniaturisierten Probentisches, indem er den automatisierten Austausch von Proben direkt innerhalb der Instrumentenumgebung ermöglicht.
Proben können nacheinander zwischen einem speziellen Reservoir und dem Probentisch transferiert werden, ohne dass die Kammer belüftet werden muss. Dadurch bleiben stabile Messbedingungen erhalten, während Unterbrechungen laufender Experimente und Analyseroutinen reduziert werden.
Das Probenkarussell ist derzeit für die Aufnahme von bis zu vier Standardprobenhaltern oder Stubs konfiguriert, sodass mehrere Proben im Voraus vorbereitet und nacheinander bearbeitet werden können. Nach jedem Wechsel kann der Probentisch automatisch in seine ursprüngliche Analyseposition zurückkehren und dadurch effiziente und wiederholbare Workflows unterstützen.
Um den Zugang zur Probe zu maximieren und Beeinträchtigungen von Detektoren oder Bildgebungsstrahlengängen zu minimieren, kann die Parkposition des Sample Changer individuell definiert werden. Dadurch lassen sich Abschattungseffekte vermeiden und der verfügbare Arbeitsbereich optimieren. Ein anpassbares Probenhalterkonzept erhöht die Flexibilität zusätzlich, indem es eine große Bandbreite an Probengrößen unterstützt.
Durch die Automatisierung routinemäßiger Handhabungsschritte und die Reduzierung manueller Eingriffe trägt der Sample Changer zu einem höheren Messdurchsatz, einer besseren Nutzung wertvoller Instrumentenzeit und optimierten Analyseprozessen bei, bei denen Zuverlässigkeit, Effizienz und einfache Bedienung entscheidend sind.
Anwendungen
Die moderne Materialforschung stützt sich zunehmend auf die Kombination aus hochauflösender Bildgebung, analytischer Charakterisierung und präziser Probenmanipulation. Die hochpräzise Positioniertechnologie von SmarAct ermöglicht fortschrittliche Workflows in der Rasterelektronenmikroskopie (SEM), der Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM), in Systemen mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) und in der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Damit unterstützt sie anspruchsvolle Anwendungen in den Materialwissenschaften, der Halbleiterforschung, der Photonik und der Nanotechnologie.
Die Plattform eignet sich gleichermaßen für die Computertomographie und Volume SEM, bei denen eine genaue Probenpositionierung für die Rekonstruktion komplexer dreidimensionaler Strukturen entscheidend ist. Forschende können Mehrpunktsondierungen sowie fortschrittliche Charakterisierungsverfahren wie EBAC, EBIC, Kathodolumineszenz (CL), Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS), Röntgendiffraktion, energiedispersive Spektroskopie (EDS/EDX) und wellenlängendispersive Spektroskopie (WDS) durchführen.
Mit nanometergenauer Bewegungssteuerung und Positionsrückmeldung in Closed-Loop-Regelung bietet das System außergewöhnliche Flexibilität bei der Probenausrichtung und -inspektion. Seine kinematische Konstruktion ermöglicht einen nahezu vollständigen 360°-Zugang zur Probe und erlaubt dadurch Bildgebung und Analyse aus Perspektiven, die mit konventionellen Probentischen nur schwer erreichbar sind.
Diese Fähigkeit unterstützt nicht nur umfassende wissenschaftliche Untersuchungen, sondern ermöglicht auch die Erstellung eindrucksvoller Visualisierungen und virtueller Durchflüge durch die Probe. Durch die Darstellung von Strukturen aus unerwarteten Blickwinkeln können Forschende überzeugende Bilder und Präsentationen erstellen, die komplexe wissenschaftliche Ergebnisse besonders anschaulich und intuitiv vermitteln.
Präzisionspositionierung, gemeinsam entwickelt
SmarAct arbeitet eng mit Ihrem Team zusammen, um ein modulares Positionierkonzept zu entwickeln, das auf Ihr Instrument und Ihre Anwendung zugeschnitten ist.
Mit unserer kundenspezifisch anpassbaren SEM-Plattform erhalten Sie präzise Positionierung, flexible Integration und fachkundige Unterstützung vom Konzept bis zur Umsetzung.
Kundenspezifische Anpassung
Fortschrittliche Forschungsprojekte und industrielle Hightech-Anwendungen stellen individuelle Anforderungen. Ob bei begrenztem Einbauraum, anspruchsvollen Vakuumumgebungen, hochgradig individualisierten Versuchsaufbauten oder besonderen Materialien: SmarAct bietet kundenspezifische hochpräzise Positionierlösungen, die auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten sind.
Auf Grundlage eines umfassenden Portfolios, das von einachsigen Positionierern und Rotationstischen über Mehrachssysteme, Parallelkinematiken und miniaturisierte Roboter bis hin zu Steuerungssystemen und Metrologielösungen reicht, ermöglicht SmarAct Wissenschaftlern und Ingenieuren die Konfiguration von Positioniersystemen, die präzise den jeweiligen Anwendungsanforderungen entsprechen.
Individuelle Anpassungen können unter Berücksichtigung des verfügbaren Bauraums, spezifischer mechanischer Schnittstellen, der Umgebungsbedingungen und der Leistungsziele umgesetzt werden. Abhängig von der Anwendung lassen sich Verfahrwege und Drehwinkel über die Standardkonfigurationen hinaus erweitern, wodurch eine größere Flexibilität bei komplexen Positionieraufgaben entsteht.
Die Lösungen von SmarAct sind für den Betrieb unter einem breiten Spektrum von Umgebungsbedingungen ausgelegt, vom Atmosphärendruck bis zum Hochvakuum (HV, bis zu 1 × 10⁻⁶ mbar) und Ultrahochvakuum (UHV, bis zu 1 × 10⁻¹¹ mbar). Konfigurationen können außerdem für kryogene Temperaturen, hohe Magnetfelder und strahlungsintensive Umgebungen angepasst werden. Dadurch eignen sie sich besonders für anspruchsvolle Anwendungen in der Elektronenmikroskopie, Spektroskopie, an Synchrotron-Beamlines, in den Quantentechnologien und den Materialwissenschaften.
Mit umfangreichen internen Kompetenzen in Entwicklung, Konstruktion, Validierung und Fertigung liefert SmarAct kundenspezifische Positionierlösungen für ein breites Spektrum wissenschaftlicher und industrieller Anwendungen und gewährleistet dabei Präzision, Zuverlässigkeit und kompakte Bauformen. Das Portfolio reicht von Laborprototypen und spezialisierten Forschungsinstrumenten über OEM-Integrationen bis hin zu Produktionssystemen und wird durch eine umfassende Auswahl an Positioniertechnologien unterstützt.
Konfigurationen können von einachsigen Positionierern über komplexe Systeme mit mehreren Freiheitsgraden bis hin zu vollständig integrierten Lösungen angepasst werden, um spezifische Anwendungsanforderungen in Forschung, Entwicklung und fortschrittlicher Fertigung zu erfüllen.
Steuerungssystem & Software
Das MCS2 Modular Control System ist die vielseitigste Plattform von SmarAct zur Steuerung hochpräziser Positionier- und Automatisierungssysteme. Die für Forschungs-, Entwicklungs- und Industrieumgebungen konzipierte flexible, modulare Architektur unterstützt eine große Bandbreite an Positioniertechnologien von SmarAct. Das MCS2 ist als Tischgerät sowie in Rack- und OEM-Konfigurationen erhältlich, lässt sich an individuelle Systemanforderungen anpassen und über USB, Ethernet oder EtherCAT® in Labor- und Automatisierungsumgebungen integrieren. Erweiterte I/O-Funktionen ermöglichen Synchronisierung, Triggerung und kundenspezifische Steuerungsabläufe, während ein optionales Handbedienmodul eine intuitive manuelle Bedienung bietet.
Ein umfassendes Softwareportfolio unterstützt sowohl den Systembetrieb als auch die Anwendungsentwicklung. Gut dokumentierte Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs) und Software Development Kits ermöglichen eine einfache Integration mit Python, LabVIEW, C++ oder C#, während SCoPE intuitive Werkzeuge für Einrichtung, Visualisierung und Systemverwaltung bereitstellt. Die Integration mit µManager unterstützt Mikroskopie- und Bildgebungsanwendungen. Eine optionale kinematische Modellierung ermöglicht die posenbasierte Steuerung von Parallelkinematiksystemen, und ein integrierter Wellenformgenerator erlaubt benutzerdefinierte Scanmuster für komplexe Mess- und Bildgebungs-Workflows.
SmarAct Motion Control GUI Software
Die SmarAct Motion Control GUI ist eine grafische Benutzeroberfläche für die einfache und schnelle Interaktion mit SmarAct-Bewegungssystemen.
SCoPE Application Software
Entwickeln, steuern und betreiben Sie automatisierte Prozesse mit der modularen Softwareplattform von SmarAct, die visuelle Prozessmodellierung, Python-Skripting und Hardwareintegration kombiniert.