Diplomarbeit - Institut für Halbleiter

32 KAPITEL 3. DAS TRANSMISSIONSELEKTRONENMIKROSKOP
Abbildung 3.3: Filamentspitzen verschiedener Elektronenquellen: (A) Wolfram-
Haarnadel-Filament (thermische Emission) (B) LaB6-Kristall-Spitze (thermische
Emission) und (C) Feldemissionsspitze aus Wolfram (Feldemission). [1].
Source: filament tips.jpg,filament tips.eps
3.2.2 Thermische Elektronenquellen
Wenn man ein Material nur hoch genug aufheizt, erlangen die im Inneren befindlichen Elektro-
nen genug Energie, um die natürliche Barriere, die sie vor dem Austreten aus dem Festkörper
hindert, zu überwinden (Abb. 3.2). Diese Barriere, auch Austrittsarbeit (Φ oder EW ) genannt,
(engl.: work function) ist von der Größenordnung einiger eV. [4]
Die Stromdichte J der emittierten Elektronen hängt entsprechend Gleichung 3.2 von
EW , der Temperatur T , der Boltzmann Konstante k und der materialabhängigen Richardson
Konstante A ([A] = A
m 2 K 2 ) ab. [4]
J = A · T 2 e − E W
kT (3.2)
Die Temperatur, die notwendig ist, um Elektronen aus einem Festkörper zu emittieren, liegt
für viele Materialien über ihrem Schmelz- bzw. Verdampfungspunkt. Deshalb eignen sich nur
jene Materialien zur Herstellung von thermischen Elektronenquellen, die entweder einen sehr
hohen Schmelzpunkt oder eine niedrige Austrittsarbeit EW oder am besten beides aufweisen.
Wolfram (W) aufgrund seines hohen Schmelzpunktes von über 3650 K (≈ 3380 ¢ C) und
Lanthanhexaborid (LaB6) aufgrund der geringen Austrittsarbeit (EW = 2, 4eV ) sind ge-
eignete Materialien. Tabelle 3.2.2 listet die charakteristischen Größen der drei wichtigsten
Elektronenquellen auf.
Der schematische Aufbau einer thermischen Elektronenkanone (auch Triode genannt) ist
in Abbildung 3.4 wiedergegeben. Neben der eigentlichen Elektronenquelle (dem Filament aus
W oder LaB6) besteht diese noch aus einer Anode zum Beschleunigen der Elektronen und