Meine ersten REM Bilder

[Markus1201]

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

[Eckhard]

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

[Markus1201]

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

[wilfried48]

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

[micromax]

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

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.

Eckhard meint aber:

Der Strahl dringt tief ein und die Sekundärelektronen kommen auch aus tieferen Schichten.

wohingegen Wilfried schreibt:

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 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

[Oecoprotonucli]

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

[wilfried48]

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

[micromax]

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

[Eckhard]

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.


1 kV


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

[Oecoprotonucli]

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

[TPL]

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