Neuere Ergebnisse aus der Photoemissions-Elektronenmikroskopie
HANS-DIETER DANNÖHL
(Balzers Aktiengesellschaft für Hochvakuumtechnik und Dünne Schichten, Balzers FL)
1. Einleitung
Die Arbeitsweise des Photoemissions-Elektronenmikroskops, sein Aufbau und seine
Möglichkeiten sind in der Literatur beschrieben! ?, so daß hier nur kurz an das Prinzip
erinnert zu werden braucht (Fig. 1°). Ein polierter Anschliff einer Festkörperprobe wird mit
ultraviolettem Licht bestrahlt. Die durch den äußeren Photoeffekt ausgelösten Elektronen
werden durch ein Beschleunigungsfeld von 80 bis 100 kV/cm vor der Probenoberfläche
abgesaugt und gelangen durch ein dreistufiges Elektronenmikroskop auf den Leuchtschirm
bzw. auf die Photoplatte oder einen Film. Die beim möglichen Heizen der Proben je nach
Probenmaterial ab etwa 1000° C thermisch emittierten Elektronen werden in gleicher Weise
zur Bilderzeugung benutzt. Wahlweise ist auch noch die nicht im Schema gezeigte kinetische
Elektronenauslösung durch Beschuß der Probenoberfläche mit Neutralteilchen möglich.
Aus Fig. 1 erkennt man auch sofort die Analogie des Photoemissions-Elektronenmikroskops
zum Heiztisch-Lichtmikroskop' sowie die wesentlichen Unterschiede zum Rasterelektronen-
mikroskop* bis © Während bei diesem die Probe zeilenförmig mit einem feinen
Elektronenstrahl abgetastet und das Bild entsprechend aus den Sekundär- oder
Rückstreuelektronen Punkt für Punkt zusammengesetzt wird, entsteht im Photoemissions-
Elektronenmikroskop aufgrund des oben geschilderten Abbildungsmechanismus stets ein
integrales Bild der beobachteten Probenstelle auf dem Leuchtschirm. Ins Auge fallendes
Merkmal des Photoemissions-Elektronenmikroskops ist ferner die Präparationskammer, ein
in das Mikroskop einbezogenes kleines Laboratorium, in dem die Proben z.B. durch
Ionenbeschuß gereinigt, geätzt, mit beliebigen Substanzen bedampft oder begast werden
können; erwähnenswert ist auch das Betriebsvakuum von <5 x 1077 Torr.
2. Anwendungsbeispiele
Der Fortschritt, der durch die Einführung der Photoemission gegenüber der seit langem
genutzten kinetischen Emission im Temperaturbereich unterhalb der Grenze der thermischen
Emission gemacht wurde, geht aus Fig. 2? hervor.
Fig. 2a zeigt eine Nimonicprobe in kinetischer Emission: man erkennt gut die
topographische Struktur der Oberfläche, hat aber keine Möglichkeit, etwa vorhandene
verschiedene Phasen zu unterscheiden. Bei Langzeitversuchen wird bei diesem Verfahren —
insbesondere natürlich bei höheren Temperaturen — die Probe durch den Teilchenbeschuß
stark angegriffen. Im Photoemissionsbild (Fig. 2b) dagegen unterscheidet man neben der
noch recht gut zu erkennenden Topographie eindeutig die y’-Phase in der y-Matrix. Es ist
bemerkenswert, daß man aus der Ätztopographie (Fig. 2a) nicht eindeutig auf die Phasenver-
teilung (Fig. 2b) schließen kann.
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