Institut für Mess- und Regelungstechnik

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Projekte:

• Raster-Elektronen-Mikroskop zur Erzeugung dreidimensionaler Messdaten von Proben

Renke Scheuer und Taras Vynnyk

Raster-Elektronen-Mikroskope können bei Verwendung eines Doppel- oder Mehrdetektorsystems zur Erzeugung dreidimensionaler Messdaten von Proben benutzt werden.

Die dafür notwendigen Rekonstruktionsalgorithmen wie die photometrische Methode basieren auf bisher unbewiesenen Annahmen. Eine sehr wichtige Annahme bei der Erstellung eines dreidimensionalen Bildes ist der Wirkungsgrad der verwendeten Detektoren. Er gibt Auskunft über die detektierbare Menge der zuvor aus der Probe emittierten Elektronen. Maßgeblich verantwortlich für die Größe des Wirkungsgrades sind die Höhe der verwendeten elektrischen Saugspannungen und die Geometrie des Detektors. Beide Eigenschaften wirken sich unmittelbar auf die Qualität des elektrischen Feldes im Inneren des Rasterelektronenmikroskops aus und beeinflussen somit die Laufbahn der emittierten Elektronen. Die bisher gesammelten Informationen über den Wirkungsgrad und den Einfluss der Detektorgeometrie sind für eine genaue Rekonstruktion nicht ausreichend.

Im Zuge dieser Arbeit soll der Einfluss von Detektorvorspannung und Detektorgeometrie auf den Wirkungsgrad untersucht werden. Hierzu wurde am Institut für Mess- und Regelungstechnik ein Abbild eines Doppeldetektorsystems (Zeiss DSM-940A) mittels einer CAD Software erstellt und im Folgenden unter Verwendung eines FEM-Systems (Comsol Multiphysics) zur Bestimmung des Wirkungsgrades genutzt.

Hierbei werden Elektronen mit diskreten Energien aus dem Probentellers emittiert, um die zugehörigen Trajektorien in Abhängigkeit von der Richtung und Anfangsgeschwindigkeit zu untersuchen. Dabei wird versucht, alle möglichen Emissionsrichtungen abzudecken, indem der Emissionsvektor über einen Bereich von 360° in horizontaler und 90° in vertikaler Richtung variiert wird (siehe Abbildung 1).

Zur Berechnung der Trajektorien muss das FEM-System zunächst ein Gitternetzmodell des Systems (Mesh) sowie die Lösung der elektrischen Feldverteilung im Inneren der Kammer erstellen.

Allein die verhältnismäßig einfache Berechnung des Meshes benötigt so viel Arbeitsspeicher, dass sie auf einer normalen Workstation nicht durchführbar ist. Insgesamt ist mit Ressourcen von 12 Prozessoren und 40Gb Arbeitsspeicher bei einer Rechenzeit von bis zu mehreren Wochen je Untersuchung zu rechnen.

Im Film (ElektronMikroskop.avi) werden die Elektronenbahnen im Elektronmikroskop über verschiedene horizontalen Winkeln (alpha) für einen vertikalen Winkel (gamma = 30º).

Weitere Informationen:

• http://www.imr.uni-hannover.de