Rasterpositronenmikroskopie :: LRT2 - Institut für Angewandte Physik und Messtechnik

Rasterpositronenmikroskopie
 

Auf der Basis eines gepulsten Positronenstrahls variabler Energie, wurde ein Rasterpositronenmikroskop im Institut entwickelt und aufgebaut. Mit diesem weltweit erstmaligen System wird ein gepulster, monoenergetischer Positronenstrahl von 1 mm Durchmesser erzeugt, der über einen Bereich von 0,6 mm x 0,6 mm gerastert werden kann. Durch die Strahlpulsung (100 ps Pulsbreite) können Positronenlebenszeitmessungen an Mikrostrukturen (1 x 1 x 0.1 µm3). durchgeführt, sowie durch Variation der Positronenenergie zwischen 500 eV und 25 keV oberflächennahe und tiefer liegende Bereiche abgetastet werden. Die gemessenen Positronenlebenszeiten und deren Intensität geben Aufschluß über den Defektzustand der mikroskopischen dreidimensionalen Bereiche. Damit eröffnen sich erstmalig zerstörungsfreie Untersuchungen von Defektstrukturen in Bereichen mikroskopischer Dimensionen. Integriert in das System ist zusätzlich eine konventionelle Rasterelektronenmikrosonde mit der ein Bild der Oberflächenstruktur der Meßprobe erhalten wird.

Gepulste Positronenquelle

Reaktorbasierte Positronenquelle

Am Forschungsreaktor FRM-II wurde eine intensive Quelle niederenergetischer Positronen entwickelt und aufgebaut. Aus dem Einfang thermischer Neutronen im Isotop 113Cd, resultiereng Quanten im Energiebereich einiger MeV. Über Paarbildung werden in einer Platinfolie Elektron-Positron-Paare erzeugt. Die mittlere kinetische Energie der Positronen beträgt 800 keV. Nach dem Abbremsen auf thermische Energie und der Diffusion zur Oberfläche, wird ein Teil der Positronen emittiert, wobei die Energie etwa der Austrittsarbeit dieses Materials entspricht. Damit läßt sich durch eine geeignete Anordnung und Fokussierung ein Positronenstrahl formen und mit einem magnetischen Führungsfeld aus dem Reaktorbereich herausleiten. Die erzielbare Positronenintensität skaliert mit dem thermischen Neutronenfluß am Ort des Cadmiums. Bei einem thermischen Neutronenfluß von 1012n/cm2s wurde eine Positronenintensität von 108 Positronen pro Sekunde erzielt. Das ermöglicht neuartige Untersuchungsmöglichkeiten von Festkörperoberflächen mit Augerelektronenspektroskopie induziert durch Positronenannihilation.

Defektstrukturen in Metallen, Legierungen und Halbleitern

Mit der Positronenlebenszeitspektroskopie werden herstellungs- und strahlungsinduzierte Defekte, sowie deren Dynamik und Wechselwirkung, untersucht. Positronen aus radioaktiven Zerfällen werden als Sonden für die Untersuchung dieser Defekte, mit atomistischen Dimensionen, eingesetzt. Aus den Lebenszeitmessungen können Informationen über Art, Größe und Häufigkeit dieser Defektstrukturen, die für Materialprobleme in der Reaktortechnologie und bei Halbleiterbauelementen von Bedeutung sind, gewonnen werden. Mit einer gepulsten, monoenergetischen Positronenstrahlapparatur mit variabler Positronenenergie (Positronenstrahldurchmesser 4 mm), welche weltweit erstmals im Institut entwickelt und aufgebaut wurde, werden Defektstrukturuntersuchungen an dünnen Metallschichten, an Halbleitern, an Halbleiterschichtstrukturen und Grenzflächen, sowie an hochtemperatursupraleitenden Einkristallschichten, zerstörungsfrei durchgeführt.

weitere Informationen (Forschungsbericht, pdf)

SPM

SPM

PLEPS

Gepulste Positronenquelle

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