Hallo!
Ich bin unlängst das erste mal vor einem Rasterelektronenmikroskop gesessen und habe Aufnahmen eines integrierten Schaltkreises erstellt. Die Schaltung ist uralt (SN74LS47A von Texas Instruments) und der Die (http://de.wikipedia.org/wiki/Die_%28Halbleitertechnik%29) ist schmutzig/korrodiert.
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures007/150840_3101016.jpg)
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures007/150840_60032820.jpg)
Viele Grüße
Markus
Hallo Markus,
ja, REM ist auch schick, was?! Ein Maßtabsbalken wäre noch ganz hilfreich... Und nach Belieben Angaben zur Technik/Vorgehensweise...
Besten Gruß
Sebastian
Hallo!
Zitat von: Oecoprotonucli in Mai 26, 2014, 10:22:09 VORMITTAGEin Maßtabsbalken wäre noch ganz hilfreich... Und nach Belieben Angaben zur Technik/Vorgehensweise...
Es handelt sich um ein rund 20 Jahre altes Personal SEM von Aspex / RJ Lee Group. Die Bilder wurden mit 20 kV Beschleunigungsspannung unter Verwendung des Sekundärelektronendetektors erstellt. Für die Ansteuerung hab ich eigene Adapter und Plugins für MicroManager geschrieben. Die Vergrößerung ist lediglich 500-fach und der Pixelabstand beträgt 238.6 nm.
Viele Grüße
Markus
...und wird der Chip vorher irgendwie beschichtet / besputtert? Oder ist so etwas bei dem Material (woraus ist der, Silizium?) nicht nötig?
Pixelabstand: Du magst wohl verschlüsselte Botschaften ;) ? Wieviele Pixel hat denn eine Bildseite (und sind Die Bilder quadratisch?)?
Viele Grüße
Sebastian
Hallo Markus,
Ich bin zur Zeit selber auch am Wafer anschauen. Da ist es für mich um so interessanter deine Bilder zu sehen. :)
Ich hoffe es gibt noch mehr davon. Vielen Dank fürs zeigen.
Herzliche Grüsse aus der Schweiz,,, Reto
Hallo!
Zitat von: Oecoprotonucli in Mai 26, 2014, 17:51:26 NACHMITTAGS
...und wird der Chip vorher irgendwie beschichtet / besputtert? Oder ist so etwas bei dem Material (woraus ist der, Silizium?) nicht nötig?
In diesem Fall wurde keine leitende Schicht aufgetragen. Dazu müsste man zuerst das Siliziumoxid abtragen, sonst hätte man nur eine relativ ebene Fläche.
Zitat von: Oecoprotonucli in Mai 26, 2014, 17:51:26 NACHMITTAGS
Pixelabstand: Du magst wohl verschlüsselte Botschaften ;) ? Wieviele Pixel hat denn eine Bildseite (und sind Die Bilder quadratisch?)?
Die Bilder sind 2048 Pixel im Quadrat, was einer Kantenlänge von ca. 488,7 µm entspricht.
Viele Grüße
Markus
Hallo Markus,
verlänger besser den Scanspeed. Du hast noch sehr viel Rauschen in Deinem Signal.
Herzliche Grüsse,
Eckhard
Hallo!
Zitat von: Eckhard in Mai 27, 2014, 16:09:08 NACHMITTAGSverlänger besser den Scanspeed. Du hast noch sehr viel Rauschen in Deinem Signal.
Das hab ich versucht, aber das Ergebnis wurde nicht mehr so viel besser als das sich der Zeitaufwand gelohnt hätte. Ich kann nicht sagen ob bei nicht beschichteten Proben überhaupt bessere Ergebnisse erreicht werden können.
In der Zwischenzeit haben wir eine kleinere Blende installiert und den Arbeitsabstand verringert. Bald wird sich zeigen ob die Bilder jetzt in irgendeiner Hinsicht besser werden.
Viele Grüße
Markus
Hallo Markus,
Wie lange hat denn der Scan eines der oben gezeigten Bilder gedauert?
Herzliche Grüsse,
Eckhard
Hallo Eckhard!
Zitat von: Eckhard in Mai 28, 2014, 06:30:03 VORMITTAG
Wie lange hat denn der Scan eines der oben gezeigten Bilder gedauert?
Ein Bild hat ca. 90 Sekunden gedauert. Ich hab 36 davon aufgenommen um den gesamten Chip abzubilden. Bei höherer Vergrößerung und daher mehr Bildern, würde die Zeit dann schon deutlicher ins Gewicht fallen. Wie gesagt, das rauschen könnte auch aufgrund der nicht optimalen Materialeigenschaften auftreten und ich weiß nicht ob es generell besser sein sollte.
Viele Grüße
Markus
Hallo,
was mir (als im REM-Thema komplett Ahnungslosem) auffällt, ist, dass die unteren Strukturen durch die darüberliegenden Leiterbahnen hindurch abgebildet werden. Ist das beabsichtigt? Sehe ich es richtig, dass mit weniger KV das Bild kontrastreicher gewesen wäre und man dafür die unteren Strukturen nicht mehr gesehen hätte? In der Röntgentechnik gibt es den Spruch "KV macht grau" - sprich, je höher die Röhrenspannung, desto grauer und flauer das Bild.
Herzliche Grüße
Peter
Hallo!
Zitat von: Peter V. in Mai 28, 2014, 10:49:40 VORMITTAG
Was mir (als im REM-Thema komplett Ahnungslosem) auffällt, ist, dass die unteren Strukturen durch die darüberliegenden Leiterbahnen hindurch abgebildet werden. Ist das beabsichtigt? Sehe ich es richtig, dass mit weniger KV das Bild kontrastreicher gewesen wäre und man dafür die unteren Strukturen nicht mehr gesehen hätte? In der Röntgentechnik gibt es den Spruch "KV macht grau" - sprich, je höher die Röhrenspannung, desto grauer und flauer das Bild.
Viel Ahnung hab ich auch noch nicht aber es war beabsichtigt, dass man alle Ebenen sehen kann. Das Problem ist wahrscheinlich die vom Material nicht optimal geeignete Probe. Alle Schichten sind in optisch transparentem aber nicht leitenden Stoffen eingebettet und davon bedeckt.
Viele Grüße
Markus
Hallo,
Zitat... dass die unteren Strukturen durch die darüberliegenden Leiterbahnen hindurch abgebildet werden. Ist das beabsichtigt? Sehe ich es richtig, dass mit weniger KV das Bild kontrastreicher gewesen wäre?
Das ist richtig beobachtet. Der Strahl dringt tief ein und die Sekundärelektronen kommen auch aus tieferen Schichten. Was Peter als kontrastreicher empfindet, ist eine Abbildung mit mehr Oberflächeninformationen. Man kann jedoch leider die Beschleunigungsspannung nicht beliebig reduzieren. Der Strahl wird bei Geräten mit Wolfram Kathode schnell instabil.
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures007/150980_14579758.jpg)
Ich war mal so frei, das Bild etwas zu entrauschen :D
Herzliche Grüsse,
Eckhard
Zitat von: Peter V. in Mai 28, 2014, 10:49:40 VORMITTAG
Hallo,
was mir (als im REM-Thema komplett Ahnungslosem) auffällt, ist, dass die unteren Strukturen durch die darüberliegenden Leiterbahnen hindurch abgebildet werden. Ist das beabsichtigt? Sehe ich es richtig, dass mit weniger KV das Bild kontrastreicher gewesen wäre und man dafür die unteren Strukturen nicht mehr gesehen hätte? In der Röntgentechnik gibt es den Spruch "KV macht grau" - sprich, je höher die Röhrenspannung, desto grauer und flauer das Bild.
Herzliche Grüße
Peter
Lieber Peter,
der Vergleich mit der Röntgentechnik trifft beim REM nicht zu, da das REM ja nicht in Durchstrahlung arbeitet. Da muss man schon eher mit dem TEM
vergleichen und da trifft dann auch zu, dass das Bild mit mit kleinerer Durchstrahlungsenergie der Elektronen kontrastreicher wird.
Beim REM kommt (wenn man mit den Sekundärelektronen arbeitet) die Bildinformation nur aus der unmittelbaren Nähe zur Oberfläche bis ca. max. 100 nm Tiefe. Die vergrabenen Strukturen im Bild von Markus, die ja teilweise bis einige µm Tiefe (z.b. unter den µm dicken Kontaktbahnen) liegen sieht man deshalb, weil sie die Oberfläche in ihrem Relief beeinflussen (Änderung der Sekundärelektronenausbeute durch Neigungswinkel und Kanten) und somit einen sogenannten Reliefkontrast erzeugen.
Wenn man Information direkt aus den vergrabenen Strukturen erhalten wollte (z.B. Materialkontrast) so müsste man mit den sogenannten Rückstreuelektronen arbeiten. Da diese aber dann auch aus der sogenannten Streubirne mit einer Grösse im µm Bereich kommen, wäre diese Information auch nur mit einer Auflösung im µm Bereich zu gewinnen also nicht besser als beim Lichtmikroskop.
Ein moderenes REM hat daher immer mehrere Detektoren für unterschiedliche Informationen. In dem Feldemissions REM von Eckhard ist mit der Feldmissionskathode einer Immersionslinse für niedrige Strahlspannung und einem "inlens" Detektor das feinste verbaut, was es derzeit gibt.
Ich schätze mal, dass er das immer noch etwas verrauschte Bild, für das Markus 90 sec Registrierzeit hat, in gleicher Qualität sogar als "live Bild"
darstellen könnte.
viele Grüsse
Wilfried
Lieber Wilfried,
Mein REM lässt Dir ausrichten, Danke für die Blumen ;) Ja, ich kann tatsächlich recht annehmbare Bilder als Live Bild darstellen.
Ich habe hier mal die Eindringtiefe der Primärelektronen am Beispiel Eisen rausgesucht:
1 kV --> 0,01 mikrometer
5 kV --> 0,16 mikrometer
15 kV --> 0,99 mikrometer
30 kV --> 3,1 mikrometer
Die Formel für die Berechnung ist in diesem Vortrag auf Folie 12:
http://cma.tcd.ie/misc/Scanning_electron_microscope.pdf
Herzliche Grüsse,
Eckhard
Hallo Eckhard!
Weißt du zufällig ob man mit einem solchen Mikroskop (ich hätte auch einen Rückstreuelektronendetektor) verschieden stark n oder p dotierte Bereiche sichtbar machen kann?
Viele Grüße
Markus
Hallo Markus,
Probier es aus! Vielleicht zeigt der BSD etwas, aber ich bezweifel es. Hat das REM, das Du benutzt, nicht einen EDX Detektor?
Herzliche Grüsse,
Eckhard
Hallo Eckhard!
Es gibt einen EDX Detektor für das Modell aber dem konkreten Gerät ist keiner verbaut.
Das mit der Dotierung hätte mich aus theoretischer Sicht interessiert. Ich kann, zumindest ohne die darüber liegenden Schichten abzutragen, keinen Unterschied erkennen.
Viele Grüße
Markus
Hallo Markus,
die Dotierungen in Halbleitern liegen sicher unter der Nachweisgrenze von EDX oder Materialkontrast über BSD.
Mit einem EBIC (electron beam induced current) Detektor kann man p und n dotierte Bereiche abbilden. Hierzu muss man aber entsprechende Leitbahnen
kontaktieren und entsprechend präparieren.
siehe hierzu z.B.:
http://lamp.tu-graz.ac.at/~hadley/sem/ebic/ebic.php
viele Grüsse
Wilfried
Liebe Kollegen,
mir war auch aufgefallen, dass man in dem Bild von Markus anscheinend die darunter liegende Schicht sieht. Ich habe es mir dann aber auch so erklärt wie Wilfried
Zitatim Bild von Markus, die ja teilweise bis einige µm Tiefe (z.b. unter den µm dicken Kontaktbahnen) liegen sieht man deshalb, weil sie die Oberfläche in ihrem Relief beeinflussen (Änderung der Sekundärelektronenausbeute durch Neigungswinkel und Kanten) und somit einen sogenannten Reliefkontrast erzeugen.
Eckhard meint aber:
ZitatDer Strahl dringt tief ein und die Sekundärelektronen kommen auch aus tieferen Schichten.
wohingegen Wilfried schreibt:
ZitatBeim REM kommt (wenn man mit den Sekundärelektronen arbeitet) die Bildinformation nur aus der unmittelbaren Nähe zur Oberfläche bis ca. max. 100 nm Tiefe.
Die beiden Aussagen widersprechen sich wenn ich es richtig verstanden habe. Mich würde aber sehr interessieren, ob die Sekundärelektronen aus den tieferen Schichten am Bildaufbau beteiligt sind.
Vielleicht könnte das nochmals jemand erklären.
Vielen Dank und mit herzlichen Grüßen
Thomas
Zitat von: micromax in Mai 28, 2014, 14:51:33 NACHMITTAGS
Mich würde aber sehr interessieren, ob die Sekundärelektronen aus den tieferen Schichten am Bildaufbau beteiligt sind.
Hallo Thomas,
der Frage möchte ich mich anschließen, ich nahm zunächst auch an, dass die abgebildeten Reliefunterschiede tatsächlich ein "real existierendes Oberflächenrelief" repräsentieren (weil ich das von biologischen Proben so kenne, da wird auch nichts durchleuchtet (oder etwa doch?) - allerdings sind die Proben da ja auch beschichtet).
Viele Grüße
Sebastian
Hallo Thomas,
der Primärelektronenstahl von z.B. 20 KeV Energie tritt je nach Kernladungszahl der Probe (also bei Eisen etwas weniger bei Si etwas mehr) unter die Oberfläche ein und wird teilweise zurückgestreut. Geschieht dies elastisch (also ohne Energieverlust) so nennt man diese Elektronen Rückstreuelektronen.
Geschieht dies inelastisch (mit Energieverlust) dann hat man Sekundärelektronen.
Diese Elektronen können natürlich wieder streuen und so hat man eine Stosskaskade, die in einem bestimmten Volumen sattfindet, das man Streubirne
nennt weil es wie eine Birne aussieht mit der Grösse der Eindringtiefe des Primärelektronenstrahls.
Übrig bleiben dann im wesentlichen niederenergetische Sekundärlektronen bis zu 0,05 KeV und reflektierte Elektronen mit der Primärenergie.
Die niederenergetischen Sekundärelektronen kommen natürlich wegen ihrer geringen Energie nur aus den oberen 10 nm des schlanken Halses der Streubirne und daher auch die hohe Auflösung.
Sekundäre Elektronen aus tieferen Schichten sind daher nicht am Bildaufbau beteiligt.
Gleichwohl können natürlich tiefere Schichten wenn sie schwere Elemente enthalten (z.B. Wolfram-Diffusionsbarrieren) die Sekundärelektronenverteilung an der Oberfläche beeinflussen indem die Rückstreulektronen aus diesen tieferen Schichten an der Oberfläche wiederum Sekundärelektronen auslösen. Wie gross dieser Einfluss ist hängt von der Materialkombination d.h. von der Sekundärionenausbeute und der Rückstreuelektronenausbeute der verschiedenen Materialien ab. Da diese ausser von der Kernladungszahl auch noch von der Energie abhängen
wird das ganze theoretisch sehr kompliziert.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo Wilfried,
ich danke Dir für Deine ausführliche Erklärung. So hatte ich es mir auch in etwa vorgestellt. Bzw. dachte ich, dass wenn Sekunärelektronen aus der Tiefe beteiligt wären, dann ginge das ja auf Kosten der Auflösung, was Du ja bestätigst.
Etwas das ich auch von der Dünnschliffmikroskopie kenne. Wenn ich da im Durchlicht die 30µm betrachte kommt es zu Überlagerungseffekten und deshalb kann ich nicht so gut auflösen. Wenn ich die selbe Stelle im reflektierten Auflicht anschaue, dann sehe ich wirklich nur die Oberfläche, das Licht dringt nicht groß ein und die Auflösung ist bedeutend besser. Der Vergleich hinkt vermutlich nach mehreren Richtungen, aber so war eben meine Vorstellung und die daraus resultierenden Fragen.
Danke nochmals und viele Grüße
Thomas
Hallo in die Runde,
da ist kein Wiederspruch, allerdings muss man dann noch etwas weiter ins Detail gehen. Wenn man sich den Interaktionsraum (Birne) genauer anschaut, kommen die Sekundärelektronen (Wechselwirkung mit der Elektronenhülle, inelastische Streuung) aus dem oberen Teil der Birne und die Rückstreuelektronen (Wechselwirkung mit dem Atomkern, elastische Streuung) auch aus tieferen Schichten und vor allem nicht nur von der XY Koordinate, die der Strahl getroffen hat (die Birne ist oben schmaler als unten). Die Tiefe der Birne und damit auch die Grösse hängt, wie von mir in einem vorherigen Beitrag gezeigt, bei gleichem Probenmaterial nur von der Beschleunigungsspannung ab.
Der Standardtyp des Rückstreuelektronendetektors ist ein sogenannter Eberhard-Thornley SE Detektor (ET-SE). Er ist mit einem Gitter versehen und erzeugt dort eine positive Spannung (Saugspannung), um Sekundärelektronen anzuziehen.
Der ET-SE empfängt 4 Arten von Elektronen (Auger Elektronen habe ich ignoriert):
SE1 - werden direkt am Auftreffpunkt des Strahls generiert
SE2 - kommen aus tieferen Teilen als SE1 und sind mehrfach gestreut (aber immer noch Birnenhals)
SE3 - von der Säule und der Kammer gestreute Elektronen
RE - kommen auch aus tieferen Bereichen als die SE2 (Birnenkörper)
Dabei empfängt der ET-SE etwa 50% der SEs und bis zu 10% der REs.
SE1 enthalten die Oberflächeninformationen, SE2 enthalten einige Informationen der tieferen Schichten, SE3 sind Rauschen und RE enthalten Tiefeninformationen (Energie proportional der Ordnungszahl des Atoms auf das sie trafen). Um zum Beispiel fast nur die REs mit einem Everhart-Thornley SE Detektor so empfangen, kann die Saugspannung abgeschaltet bzw. negativ werden. Dann hat man eine Art RE Detektor (mit viel Rauschen).
Ich habe hier zwei Bilder des selben Motivs. Das erste Bild ist mit 1kV Beschleunigungsspannung aufgenommen, das zweite mit 5 kV. Bei 5 kV wird die Oberfläche "transluzent" denn es kommen auch Elektronen tieferer Schichten am Detektor an.
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures004/151024_60680296.jpg)
1 kV
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures004/151024_30578446.jpg)
5 kV
Die Bilder sind mit einem anderen Typ Sekundärelektronendetektor gemacht. Dieser Inlens Detektor empfängt fast keine SE2 und SE3 Elektronen und ist speziell dazu da, maximale Oberflächeninformationen bei niedrigen Beschleunigungsspannungen zu erhalten.
Herzliche Grüsse,
Eckhard
Zitat von: Eckhard in Mai 28, 2014, 20:27:46 NACHMITTAGS
Ich habe hier zwei Bilder des selben Motivs. Das erste Bild ist mit 1kV Beschleunigungsspannung aufgenommen, das zweite mit 5 kV. Bei 5 kV wird die Oberfläche "transluzent" denn es kommen auch Elektronen tieferer Schichten am Detektor an.
Hallo Eckart,
guter Vergleich, Danke - aber ist diese Durchsichtigkeit so, dass man z.B. sinnvolle Informationen aus den "unteren Schichten" ziehen (sehen) kann? Für mich sieht das (zweite Foto) auf den ersten Blick einfach wie eine Verringerung der Bildqualität ohne weitere Vorteile/ohne sinnvollen Informationsgewinn aus. Du sprichst ja auch von Rauschen.
Viele Grüße
Sebastian
Hallo Sebastian,
zwar gefällt auch mir das "undurchsichtige" Bild besser, aber die Sache mit dem Informationsgewinn ist problematisch: die ästhetisch ansprechende Reduzierung der Abbildung auf die Gestalt der Oberfläche ist bei lichtmikroskopisch durchsichtigen oder durchscheinenden Objekten wohl eher ein Informationsverlust. Ähnliches gilt für die Leiterbahnen auf Markus' Wafer: Beide Darstellungsformen haben ihre Berechtigung.
Viele Grüße
Thomas