Diplomarbeit - Institut für Halbleiter

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42 KAPITEL 3. DAS TRANSMISSIONSELEKTRONENMIKROSKOP den den Elektronenstrahl begrenzenden Blenden. Die Strahlintensität ist deshalb nicht im Fokus konzentriert, sondern setzt sich aus einem zentralen Haupt- und ringförmig darum angeordneten Nebenmaxima/-minima zusammen. Der Durchmesser des ersten Nebenminima ist gegeben durch: dd = 1.22 · λ α (3.9) Um Beugungsfehler zu minimieren sollte der Winkel α so groß wie möglich gewählt werden, was sich jedoch negativ auf die chromatische Aberration (Glg. 3.8) und insbesondere auf die sphärische Aberration (Glg. 3.7 auswirken würde. Durch Verwendung aufeinander abgestimmter Linsensysteme statt Einzellinsen wird ver- sucht, die Abbildungsfehler so gering wie möglich zu halten. Trotzdem ergibt sich eine be- trächtliche Einschränkung der tatsächlich zu erzielenden Auflösung gegenüber der theoretischen Auflösung (vgl. Glg. 2.4). Das Auflösungsvermögen ist insbesondere aufgrund der α 3 -Abhängigkeit von dS (Glg. 3.7 durch CS begrenzt. Als Abschätzung der praktischen Grenze des Auflösungsvermögen kann folgende Formel (Glg. 3.10) angegeben werden [4]: rmin ≈ 0.91 · (CSλ 3 ) 1 4 ≈ 3, 2 ˚A mit CS ≈ 1, 0 mm und λ ≈ 2, 5 · 10 −12 m (3.10) Als praktisch erreichbare Auflösung für das JEM2011 FasTEM ergibt sich für rmin mit CS ≈ 1, 0 mm und λ ≈ 2, 5 · 10 −12 m ein Auflösungsvermögen von ca 3, 2 · 10 −10 m. Dieser Wert liegt um 2 Größenordnungen über dem der theoretischen Auflösung von ≈ 1, 5 × 10−12 (Kap. 2.1) Das JEM2011 FasTEM ist aufgrund von fehlerausgleichenden Korrekturmöglichkeiten mit einer Auflösung von 2,3 ˚A spezifiziert [14]. 3.4 Abbildung des Elektronenstrahls Aufgrund der Bauweise des TEM ist es nicht möglich, den Elektronenstrahl direkt zu sehen. Deshalb müssen Hilfsmittel verwendet werden, um den Elektronenstrahl nach Durchgang durch die Probe und Nachvergrößerung für den Betrachter sichtbar zu machen. 3.4.1 Fluoreszenzschirm Ein Fluoreszenzschirm ist eine mit ZnS (Zinksulfid) beschichtete Platte. Trifft ein Elektronenstrahl auf das ZnS emittiert dieses in Verbindung mit speziellen im in der ZnS-Schicht
3.4. ABBILDUNG DES ELEKTRONENSTRAHLS 43 eingebrachten Verunreinigungen grünes Licht mit einer Wellenlänge von ca. 550nm [4], welches ungefähr in der Mitte des sichtbaren Spektrums liegt. Das Bild, welches der Elektronen- strahl auf den Schirm wirft, zeigt je nach Intensität mehr oder weniger hellgrün aufleuchtende Stellen. Zusätzlich wird ein konventionelles optisches Mikroskop dazu verwendet, um einen Aus- schnitt des Bildschirmes vergrößert betrachten zu können. Die sichtbare Auflösung des Fluo- reszenzschirms ist durch die Körnung der ZnS-Schicht (typischerweise < 50 µm) limitiert [4]. Der Fluoreszenzschirm dient nur der Beobachtung, jedoch nicht der Aufzeichnung und Speicherung von Abbildungen. 3.4.2 CCD-Kameras Neben konventionellen TV-Kameras, die jedoch aufgrund ihres beschränkten Auflösungs- vermögens (500 bzw. 1000 Zeilen) für hochaufgelöste Bilder nicht besonders geeignet sind, kommen vermehrt moderne CCD-Kameras zum Einsatz. Der lichtempfindliche Teil einer CCD-Kamera besteht aus einer Anordnung von Millio- nen voneinander getrennten photoempfindlichen Zellen. Jedes dieser sogenannter Pixel spei- chert Ladung, die in ihm durch Absorption von Licht oder Elektronen entstanden ist. Diese Ladung ist proportional zu der Menge an Licht bzw. Elektronen, die während der Belich- tungszeit auf das Pixel getroffen ist. Nach der Belichtung wird die Ladung jedes einzelnen Pixels ausgelesen und anschließend wieder gelöscht. So setzt sich Punkt für Punkt ein Bild der Intensitätsverteilung des Elektronenstrahls zusammen. CCD-Kameras bieten den Vorteil, dass Bilder sofort elektronisch gespeichert und weiter- verarbeitet werden können. Ihr Nachteil liegt in der durch die Anzahl der Pixel beschränkten Bildauflösung und der Zeitspanne die benötigt wird, um die Pixel auszulesen. [4] 3.4.3 Photokamera Obwohl Photo-Emulsionen zu den älteren Aufzeichnungsmedien zählen, werden Photoka- meras auch heutzutage noch in nahezu jedem TEM eingesetzt. Die Photos bestehen aus einer Polymer-Trägerschicht und einer photographischen Emulsion. Diese ist eine Suspension aus in Gel eingebetteten Silber-Halogenid-Körnern, ganz ähnlich wie bei 35mm-Kleinbild- SW-Filmen. Trifft ein Elektron auf ein Halogenid, so wird dieses ionisiert und während des nachfolgenden Entwicklungsprozesses im Photolabor in Silber umgewandelt. [4]
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108 Nachwort
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