Innovationspreis - BOA - Baden-Württembergisches Online-Archiv

Ausgangslage
Die Elektronenoptik ist zur Zeit noch weit davon
entfernt, das durch die kurze Wellenlänge der
Elektronenstrahlen prinzipiell mögliche hohe Leistungspotential
zu realisieren und für entsprechende
Anwendungen nutzbar zu machen. Der Grund dafür
liegt in der außerordentlich schlechten optischen
Qualität der Elektronenlinsen. Da magnetische Felder
auf Elektronenstrahlen wie ein brechendes Medium
wirken, werden Elektronenlinsen mit Hilfe geeignet
geformter zylindersymmetrischer Magnetfelder
realisiert. Diese sog. Rundlinsen wurden seit dem Beginn
der Elektronenoptik stetig optimiert und seit
rund zwei Jahrzehnten ist ein Endstand erreicht. Dies
deshalb, weil selbst die besten Konstruktionen aufgrund
physikalischer Prinzipien unvermeidbar hohe
Linsenfehler (Aberrationen) aufweisen.
Seit der Veröffentlichung von Prof. Scherzer im Jahr
1936 (!) ist bekannt, dass man in der Elektronenoptik
die inhärent vorhandenen Abbildungsfehler, die
sphärische und die chromatische Aberration, nicht
durch eine geeignete Linsenkombination - wie in der
Lichtoptik üblich - korrigieren kann.
Die in der Lichtoptik benutzte Technik der geeigneten
Kombination von Linsen zur Kompensation von
Linsenfehlern ist in der Elektronenoptik nicht anwendbar,
weil es prinzipiell nicht möglich ist, auf der
Basis üblicher elektromagnetischer Rundlinsen die
für ein fehlerkompensierendes System erforderliche
Zerstreuungslinse zu bauen. Scherzer hat 1947 in
einer theoretischen Arbeit gezeigt, dass dies jedoch
grundsätzlich möglich sein sollte, wenn das Linsensystem
unrunde Elemente, das heißt Multipollinsen
enthält.
Eine Fehlerkorrektur mit Hilfe von Multipollinsen ist
seit den Siebzigerjahren mehrfach versucht worden.
Allerdings sind sämtliche Versuche, die Korrektur
mit Quadrupol-Oktupol-Systemen durchzuführen,
gescheitert. Die Gründe dafür lagen darin, dass die
Systeme aus unbeherrschbar vielen Elementen bestanden,
deren Felder extrem stabil sein mussten.
Hinzu kam, dass die Systeme nicht hinreichend genau
justiert werden konnten, weil es kein Diagnoseverfahren
gab, mit dessen Hilfe man den Justierzustand
eindeutig und genügend schnell bestimmen und in
definierter Weise verändern konnte. Aufgrund dieser
Schwierigkeiten und der Misserfolge aller Korrekturversuche
bildete sich während der Achtzigerjahre in
Fachkreisen die Meinung, dass die Korrektur technisch
kaum jemals zu realisieren sei und selbst wenn
sie jemals gelingen sollte, wäre der Aufwand so groß,
dass der Korrektor niemals in einem kommerziellen
Routinegerät eingesetzt werden könnte.
Die Innovation
Infolge der rapiden technologischen Fortschritte, war
es der Firma CEOS möglich, eine Reihe der
Probleme, die frühere Ansätze hatten scheitern lassen,
zu lösen. Außerdem gelang es, einen wesentlich
einfacheren Korrektor zu berechnen, der es erlaubte,
den Öffnungsfehler (sphärische Aberration) der
Objektivlinse eines kommerziellen Transmissionselektronenmikroskops
(TEM) zu beseitigen. Das Ziel
war dabei von vornherein, ein für die Materialforschung
direkt einsetzbares korrigiertes Elektronenmikroskop
zu bauen, um damit zu zeigen:
1. dass in der Elektronenoptik Aberrationskorrektur
grundsätzlich möglich ist,
2. dass die entsprechende Technik kompatibel mit
kommerziellen Geräten konstruiert und gefertigt
werden kann und
3. dass die Vorteile der Korrektur unmittelbar
durch herausragende Resultate bei der
Anwendung auf reale Forschungsprobleme
gezeigt werden können.
Dieses oben skizzierte Ziel wurde voll und ganz
erreicht.
Das Unternehmen
Die CEOS GmbH wurde im Sommer 1996 von den
beiden Geschäftsführern Dr. M. Haider und Dr. J.
Zach und zwei weiteren Anteilseignern gegründet.
Von den damals 4 Mitarbeitern hat sich die Firma auf
heute 24 vergrößert. Damit einher ging der Bau eines
eigenen Firmengebäudes mit eigenen Werkstätten
und 4 Labors, um den 4 Elektronenmikroskop-Herstellern,
die es weltweit gibt (JEOL, Hitachi, FEI und
ZEISS), die Entwicklung von speziellen Korrektoren
anbieten und später auch die Korrektoren produzieren
und liefern zu können. Heute hat das Unternehmen
mit allen vier Herstellern von Elektronenmikroskopen
vertraglich abgesicherte Geschäftsbeziehungen
und ist außerdem auch vom Department of Energy
der USA beauftragt worden, einen Korrektor, der
sowohl die sphärische als auch die chromatische
Aberration korrigiert für ein neues hochauflösendes
TEM zu entwickeln und mehrfach zu bauen.
Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg
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