Diplomarbeit - Institut für Halbleiter

4 KAPITEL 1. EINLEITUNG
tischen Voraussagen über die Wellennatur der Elektronen wurde unabhängig von Davisson
und Germer (1927) sowie Thomson und Reis (1927) durch Beugungsexperimente an Kristal-
len gezeigt. Elektronen zeigen wie jedes andere Teilchen neben ihren Teilcheneigenschaften
auch Welleneigenschaften. Elektronen sind somit weder nur Teilchen noch nur Welle - sie sind
beides!
1.2.2 Entwicklungen durch Ernst Ruska
Ernst Ruska (Autobiographie Kap. 6.2.3) arbeitete gemeinsam mit anderen Studenten und
Doktoranden in einer Arbeitsgruppe, deren Ziel es war, einen leistungsfähigen Kathodenstrahl-
Oszillographen (Elektronenstrahl-Oszillographen) zu bauen, um sehr schnelle elektrische Pro-
zesse messen zu können. [3]
Der entscheidene Parameter für die Messgenauigkeit und Schreibgeschwindigkeit eines
Kathodenstrahl-Oszillographen ist der Durchmesser des Leuchtpunktes auf dem Messschirm.
Um gebündelte, lichtstarke Leuchtpunkte zu erzeugen, musste der divergent aus der Kathode
austretende Elektronenstrahl auf den Fluoreszenzschirm fokussiert werden. [3]
Berechnungen von Hans Busch über die Bahn von Elektronen durch das inhomogene
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule griff Ernst Ruska auf und konstruierte eine
Kathodenstrahl-Röhre, die mit ebensolchen Spulen den Elektronenstrahl fokussierte. (Abb.
1.3A zeigt die Originalskizze von Ernst Ruska). Solche Spulen hatten auf Elektronenstrah-
len die selbe Wirkung wie Glaslinsen auf Lichtstrahlen. Sie konnten also auch dazu benutzt
werden, um Abbildungen zu erzeugen. Ernst Ruskas ”Studienarbeit”, eingereicht an der Fa-
kultät für Elektrotechnik (1929) beinhaltete mehrere scharfe Abbildungen der Anoden-Blende
(i.e. Teil des Kathodenstrahl-Oszillographen zur Beschleunigung der Elektronen) mit unter-
schiedlichen Vergrößerungen. Dabei handelt es sich um die ersten bekannten elektronen-
optischen Bilder. [3]
Wollte man die Vergrößerung erhöhen, musste die Brennweite der magnetischen Linsen
verkürzt und die magnetische Feldstärke der Linse dementsprechend erhöht werden. Dies war
durch Steigerung des Spulenstroms möglich. Alternativ dazu schlug Ruska vor, die Spulen mit
einer massiven Eisenhülle mit einer kleinen ringförmigen Aussparung zu umgeben. So konnte
eine kürzere Brennweite bei gleichem Spulenstrom erreicht werden [3]. In Zusammenarbeit
mit Knoll baute Ruska im April 1931 eine aus zwei Spulen bestehende Apparatur (Abb.
1.3B), um das Abbild der ersten Magnetlinse durch eine zweite noch weiter zu vergrößern.
Obwohl die resultierende Vergrößerung mit 3, 6 × 4, 8 = 14, 4 noch sehr bescheiden ausfiel,
war dies das erste Elektronenmikroskop. [3]