So weit die Prüfungszahl nicht zu groß ist, wird eine mündliche Prüfung gegenüber einer schriftlichen Prüfung bevorzugt.

In der Prüfung werden in geringem Umfang das unterste Kompetenzniveau der Kenntnisse adressiert. Das sind beispielswiese die verschiedenen Kathoden-Formen in der Elektronenmikroskopie, die zu unterschiedlichen Geräteklassen führen oder die unterschiedlichen Bauformen konfokaler Messsysteme.

Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Skizze eines Aufbaus gezeigt wird und die zu prüfende Person diesen gedanklich in Funktionsgruppen zerlegen kann und die jeweiligen kritischen Punkte identifizieren kann. Eine ander prüfbare Fertigkeit wäre beispielsweise, ausgehend von der Lorenz-Kraft vorzurechnen, warum geladene Teilchen im Magnetfeld keine Energie aufnehmen oder abgeben.

Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Eher wissenschaftlich orientierte Aufgaben können sein, die Frage begründet zu beantworten, ob beim Design eines Elektronenmikroskopes mit einer bestimmten Beschleunigungsspannung relativistisch gerechnet werden muss oder nicht. Eine weitere Frage könnte sein, ob und warum bei gegebenen Kathodensystemen Quanteneffekte auftreten oder aber nicht. Eher praktisch orientierte Fragen könnten eine Anwendungs-Fragestellung zur 3D Messtechnik betreffen und es soll
qualifiziert argumentiert werden, welche Messverfahren zum Einsatz kommen können und warum, und welche nicht. In einer geführten Diskussion kann dabei sehr genau festgestellt werden, ob die zugrundeligenden Prinzipien sicher und proaktiv angewandt werden, ob Querschlüsse gezogen werden können und ob in einer Zusammenschau mit hinreichendem Überblick gedacht und agiert wird.

Aufbau eines Elektronenmikroskopes:

Kathode:
Glühemission, Schottky-Emission und Tunnelemission. Physikalische Prinzipien, Erkennungsmerkmale, Bauformen,
Austrtittsarbeit

Eigenschaften des Elektronenstrahls:
Geschwindikeit der Elektronen, relativistischer Massenzuwach, Strahlstrom, Spotgröße, Brightness als
Erhaltungsgröße, Welle-Teilchen Dualismus, Elektronen als Welle, Auflösungsvermögen

Ablenkung des Elektronenstrahls, Elektronen-Linsen:
Mawellgleichungen, Energieaufnahme im elektrischen und magnetischen Feld, Lorenzkraft, Lorenzkraft in
Zylinderkoordinaten, Bilddrehung, Aufbau von fokussierenden- und Rasterspulen

Elektron-Materie Wechselwirkung
Vorwärts- und Rückwärtsstreuung, Streuwinkel, Primär-, Sekundär- und Rückstreuelektronen, charakteristische
Röntgenstrahlung und Bremsstrahlung, Auger-Elektronen, Kathodoluminiszenz

Nachweis von Elektronen
Everhardt-Thornley Detektor

Bildcharakterisitika
Ursachen und Erscheinungsformen von Bildkontrasten im REM: Materialkontrast, Kantenkontrast, Abschattung

Anwendungsfälle und Grenzen


Tunnelmikroskop

Theoretischer Hintergrund
Wellenfunktion, deBroglie Wellenlänge, Stetigekit der Wellenfunktion und ihrer Ableitung, Tunneleffekt, WKB
Näherung

Aufbau
Spitzenpräparation, Piezo-Motor, Rückkopplung und PID Regler, Größe der mechanischen Brücke

Bildcharakterisitik
Gitterauflösung und atomare Auflösung

Anwendungsfälle und Grenzen


Kraftmikroskop

Aufbau und Typen: contact mode, non contact mode, tapping mode, magnetic mode etc.
Anwendungsfälle und Grenzen

Konfokalmikroskop

Prinzip des optischen Schneidens und der konfokale Blende, Prinzip der 3D Rekonstruktion,
Laser-Scanning Aufbau, Problem der Pinhole-Justage, Systeme mit Nipkov-Scheibe,
Systeme mit rotierenden Mikroslinsen, Dispersions-basierende Tiefendiskriminierung.
Anwendungsfälle und Grenzen

keine

Vermessung eines gebrochenen Pleuels aus dem Rennsport mit dem Elektronenmikroskop. Begründung, ob der Bruch auf Materialfehler, Ermüdung oder Überbelastung zurückzuführen ist.

Vermessung eines Haares aus einer Perücke mit dem Elektronenmikroskop. Begründung ob es sich um Echthaar, künstlich verdünntes Echthaar aus Asien oder um Kunsthaar handelt.

Vermessung einer gebrochenen Glühwendel mit dem Elektronenmikrokop. Begründung, ob diese im Betrieb oder außerhalb des Betriebes ausfiel.

Vermessung einer Mikrostruktur auf einem Wafer. Vergleich der Höhendaten die von einem Kraftmikroskop und einem konfokalen Mikroskop stammen. Begründung der Unterschiede und Diskussion der Messgrenzen

Vermessung einer speigelnden V-Nut mit einem Konfokalmikroskop. Analyse der Bildes, Identifikation der Artefakte. Auffinden des Konfokalpeaks und des Schein-Konfokalpeaks. Verrechnung der Peaklagen mit der bekannten Probengeometrie.

Bestimmung der erreichbaren Grenzwinkel in einem Konfokalmikroskop in Abhängigkeit von den verwendeten Objektiven.

Vermessung einer Graphitstruktur mit dem Tunnelmikroskop. Erklärung der vorgefundenen Gitterstruktur. Begründung, ob es sich um Gitterauflösung oder atomare Auflösung handelt.

Bestimmung des Traganteils einer gehonten Zylinderwand mit Hilfe eines Konfokalmikroskops.

Analyse eines Bleches, welches in einem Tiefzieprozess zu einem Waschbecken umgeformt werden soll, mit einem Konfokalmikroskop. Begründung, ob das Blech beim Tiefziehen vermutlich reißen wird oder nicht.

Begleitung der messtechnischen Fragestellungen bei der Durchführung.

Prüfung des theoretischen Hintergrundes im Hinblick auf das jeweilige Funktionsprinzip der Messgeräte und der Problematik des Anwendungsfalls.

Überprüfung der gewonnen Ergebnisse im Hinblick auf technisch versierte Durchführung, Wissenschaftlichkeit der Analyse und Interpretation.

a) Quantitative Bestimmung der Geometriedaten einer dreidimensionalen, leitfähigen Struktur. Bestimmung mit Konfokalmikroskop, mit kalibriertem Tunnelmikroskop, mit Rasterelektronenmikroskop. Vergleich der erreichbaren Auflösung, der direkt und der indirekt zugänglichen Geometrien.


b) best-practice Untersuchung an einer vorgegebenen Klasse von Proben

individuelle Lernstandsrückmeldung (Gesamtumfang bis max. 2h)