DE1744070U - DEVICE FOR MEASURING THE INTENSITY OF ELECTRON RAYS. - Google Patents

Description

Einrichtung zur Messung der Intensität von Elektronenstrahlen Die neue Zinrichtung betrifft ein Gerät zur Messung der Intensität von Elektronenstrahlen. bei dem als Naohweiselement ein Halbleiterkörper mit p-n-ubergang vorgesehen und als Photoelement geschaltet ist und bei dem der durch die Elektronen ausgelöste Photostrom als Maß für die Elektronenintensität dient. Die Einrichtung eignet sich insbesondere zur Messung der Intensität von mittelschnellen Elektronenstrahlen. Darunter werden Elektronenstrahlen bis zu einer Energie von etwa 500 kV verstanden. Die Einrichtung ist an sich auch zur Intensittsmessung von Blektronenstrahlen höherer Energie brauchbar ; in diesen Fällen treten jedoch bereits durch die Elektronen verursachte Gitterstörungen im Halbleiterkörper in Erscheinung die mit zunehmender Elektronenenergie unter Umständen das Meßergebnis zunehmend beeinflussen. Device for measuring the intensity of electron beams Die new facility concerns a device for measuring the intensity of electron beams. in which a semiconductor body with a p-n junction is provided as the Naohweiselement and is connected as a photo element and in which the triggered by the electrons Photocurrent serves as a measure of the electron intensity. The facility is suitable especially for measuring the intensity of medium-fast electron beams. This is understood to mean electron beams up to an energy of around 500 kV. The device itself is also higher for measuring the intensity of tin electron beams Energy usable; in these cases, however, already occur through the electrons Lattice disturbances caused in the semiconductor body appear with increasing Electron energy may increasingly influence the measurement result.

Unter den bisher zur Messung der Intensität von Elektronenstrahlen gebräuchlichen Einrichtungen sind vor allem Anordnungen zu nennen. die Ionisationskammern benutzen. Weiterhin ist eine Anordnung bekannt geworden, bei der zur Messung der Intensität von Elektronenbeugungslinien ein als Photowiderstand geschalteter Cis-kristall verwendet ist. Diese Anordnung weist eine verhältnismäßig große Zeitkonstante und eine Abhängigkeit des Photostromes von der Bestrahlungzeit auf. Zur Verminderung dieser störenden Erscheinungen sind zusatzliche Maßnahmen erforderlich. Gegenüber diesen Meßverfahren und Geraten bringt die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung.Among the previously used to measure the intensity of electron beams The most common facilities are to be named above all arrangements. the Use ionization chambers. Furthermore, an arrangement has become known at the one used to measure the intensity of electron diffraction lines as a photoresistor switched cis-crystal is used. This arrangement has a relatively large time constant and a dependence of the photocurrent on the irradiation time on. Additional measures are required to reduce these disturbing phenomena necessary. Compared to these measuring methods and devices, the invention brings one substantial simplification.

Zur weiteren Erläuterung der neuen Einrichtung wird auf die Zeichnung Bezug genommen ; es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der neuen Einrichtung, Fig. 2 ein Diagramm über die Abhängigkeit der Kurzschlußstromdichte von der einfallenden Elektronenstromdichte bei der neuen Einrichtung.For a further explanation of the new facility, refer to the drawing Referenced; it shows Fig. 1 a schematic representation of the new device, 2 shows a diagram of the dependence of the short-circuit current density on the incident Electron current density at the new facility.

In Fig. 1 ist der Halbleiterkörper mit 1 bezeichnet. Der p-n-Über- gang ist gestrichelt angedeutet. 1. 7it 2 ist ein Strosimeßgerät angegeben zur Messung des Kurzschlußstromes, der ein Maß für die durchdie Slektronenstrahlung im Kristall erzeugten freien Ladungs- träger und damit ein Maß für die Intensität der Elektronenstrahlen darstellt. Bei geeigneter Eichung kann somit am Meßgerät 2 unmittelbar die Intensität der Elektronenstrahlung abgelesen werden. Bei der Messung wird die Lage des Halbleiterl : örpers so gewählte daß die Strahlen möglichst senkrecht auf die p-n-ubergangsflache auftreffen. Der in riú. 1 mit a bezeichnete Abstand des p-n-Über- ganges von der Eristalloberflächet auf die die zumessende Elektro- nenstrahlung auftrifft, ird zweckmäDigereise so bemessen daß er in der Größenordnung der Eindringtiefe der Elektronenstrahlung und der Diffusionslänge der Ladungsträger im Halbleiterkristall liegt. Unter Eindringtiefe wird diejenige Tiefe verstanden, bei der die Strahlungsintensität auf abfällt (e = natürlicher Logarithmus). Dieser Forderung liegt folgende Überlegung zu Grunde : Zum Photostrom liefern nur diejenigen durch die Elektronenstrahlen im Halbleiterkörper erzeugten freien Ladungsträger einen Betrags die durch Diffusion ohne vorherige Rekombination bis zum p-n-Übergang gelangen. Es werden also im wesentlichen diejenigen Elektronen erfaßt, die in einer Entfernung vom p-'n-Obergang freie Ladungsträger erzeugen, die in der Größenordnung der Diffusionslänge der Ladungträger im Halbleiterkörper liegt. Hieraus ergibt sich die weitere Forderung, einen Halbleiterkörper mit möglichst großer Diffusionlänge der Ladungsträger zu verwenden.The semiconductor body is denoted by 1 in FIG. 1. The pn over- gang is indicated by dashed lines. 1. 7it 2 is a flow meter specified for measuring the short-circuit current, which is a measure for the free charge generated by the electron radiation in the crystal is more sluggish and thus a measure of the intensity of the electron beams. With suitable calibration, the intensity of the electron radiation can thus be read off directly on the measuring device 2. During the measurement, the position of the semiconductor body is selected in this way that the rays are as perpendicular as possible to the pn transition surface hit. The one in riú. 1 with a designated distance of the pn-over- ganges from the Eristallo surface to which the measured electrical If radiation hits, the trip is appropriately dimensioned so that it is of the order of magnitude of the penetration depth of the electron radiation and the diffusion length of the charge carriers in the semiconductor crystal. The depth of penetration is understood to mean that depth at which the radiation intensity drops to (e = natural logarithm). This requirement is based on the following consideration: For the photocurrent, only those free charge carriers generated by the electron beams in the semiconductor body deliver an amount that reaches the pn junction by diffusion without prior recombination. Thus, essentially those electrons are detected which generate free charge carriers at a distance from the p-'n junction which is of the order of magnitude of the diffusion length of the charge carriers in the semiconductor body. This results in the further requirement to use a semiconductor body with the largest possible diffusion length of the charge carriers.

Der Photostrom ist proportional der Flächenausdehnung des p-n-Überganges. Es empfiehlt sich also, um eine große Empfindlichkeit der Einrichtung zu erreichen, Halbleiterkörper mit möglichst großen p-n-Ubergangsflächen zu verwenden.The photocurrent is proportional to the area of the p-n junction. It is therefore advisable, in order to achieve a high degree of sensitivity of the device, To use semiconductor bodies with the largest possible p-n junction areas.

In dem Diagramm der Fig. 2 ist die Abhängigkeit der bei der neuen n Einrichtung erzielten Kurzschlußatromdichte (in mA/m2) in Abhängig- d keit von der einfallerlektronenstromdichte (in pA/em2) dargestellt und zwar bei Verwendung eines aAeSalbleiterkorpers mit p-n-ber- gang und bei einer Bestrahlung mit 63-kT-Blektronen. Die Stromdichte des auf den Kristall auftreffenden Elektronenstrahles wurde über einen Faraday-Käfig gemessen. Das Diagramm zeigt, daß die Kurzschlußstromdichte streng proportional zur auftreffenden Elektronenstromdichte ist. Weiterhin entnimmt man dem Diagramm der Fig. 2, daß die Kurzschlußstromdichte um den Faktor 8.103 größer ist als die auf dem Kristall auftreffende Stromdichte der 63-kV-Elektronen. Dies besagte daß im vorliegenden Fall die Energie, die im Mittel-ohne Berücksichtigung der Rekombinationsverluste-zur Erzeugung eines Ladungsträgerpaares notwendig ist, beträgt. Bei einer Ionisationskammer sind dagegen zur Bildung eines Ladungsträgers im Mittel 33eV erforderlich. Die neue Einrichtung ist also etwa um den Faktor 4 empfindlicher. Zu diesem Vorteil des Gerätes gegenüber den bisher im allgemeinen zur Messung von Elektronenstrahlintensitäten gebräuchlichen Ionisationskammern kommt noch der eingangs erwähnte Vorteil der verhältnismäßigen Einfachheit der Einrichtung hinzu naher der eingangs erwähnten Anordnung. bei der als Nachweiselesent ein CdS-Kristall verwendet und als Photowiderstand geschaltet ist, tritt besonders vorteilhaft in Erscheinung, daß sich bei dem neuen Gerät der Kurzschlußstrom ohne eine in Erscheinung tretende Trägheit ausbildet und keinerlei Ermûdungserscheinungen, also keine Änderung des Kurzschlußstromes bei lange dauernder B rahlwt ntreten.In the diagram of FIG. 2, the dependency is that of the new n Device achieved short-circuit atom density (in mA / m2) depending on d is represented by the incident electron current density (in pA / em2) namely when using an aAe semiconductor body with pn-over- course and when irradiated with 63 kT sheet metal electrons. The current density of the electron beam impinging on the crystal was measured using a Faraday cage. The diagram shows that the short-circuit current density is strictly proportional to the incident electron current density. Furthermore, it can be seen from the diagram in FIG. 2 that the short-circuit current density is greater by a factor of 8.103 than the current density of the 63 kV electrons impinging on the crystal. This said that in the present case the energy that is necessary on average - without taking into account the recombination losses - to generate a charge carrier pair, amounts to. In the case of an ionization chamber, on the other hand, an average of 33 eV is required to form a charge carrier. The new facility is therefore about a factor of 4 more sensitive. In addition to this advantage of the device over the ionization chambers that have hitherto generally been used for measuring electron beam intensities, there is also the advantage of the relative simplicity of the device mentioned at the outset, closer to the arrangement mentioned at the beginning. In which a CdS crystal is used as a detection element and connected as a photoresistor, it is particularly advantageous that the short-circuit current in the new device develops without any apparent inertia and no signs of fatigue, i.e. no change in the short-circuit current with long-term biasing enter.

Neben den obengenannten Bedingungen wird wird die Empfindlichkeit der neuen Einrichtung noch durch die Breite der verbotenen Zone des Halbleiterkorpers bestimmt. Je kleiner die Breite der verbotenen Zone des Halbleiterkorpers ist, desto großer ist die Ausbeute an freien Ladungsträgern unter dem Einfluß der Elektronenstrahlung In dieser Hinsicht empfiehlt sich die Verwendung der halbleitenden Elemente Germanium und Silizium als Halbleiterkôrper. Schließlich ist vom meßtechnischen Standpunkt erwünscht daß der Falbleiterkörper einen nicht zu kleinen inneren Widerstand besitzt, damit Bach noch Meßgeräte mit verhältnismäßig großem inneren Widerstand verwendet werden können.In addition to the above-mentioned conditions, the sensitivity of the new device is also determined by the width of the forbidden zone of the semiconductor body. The smaller the width of the forbidden zone of the semiconductor body, the greater the yield of free Charge carriers under the influence of electron radiation in this With regard to this, it is advisable to use the semiconducting elements germanium and silicon as semiconductor bodies. Finally, from a metrological point of view, it is desirable that the leakage body has an internal resistance that is not too small, so that Bach measuring devices with a relatively high internal resistance can still be used.

Diese Forderung steht im Siderspruch zu der vorher genannten Forderung., Es ist daher notwendig, bei der Wahl des Halbleiterkörpers zu entscheiden. auf welchen der genannten Faktoren besonderer Wert gelegt wird. Die beiden genannten eigenschaften also die Breite der verbotenen Zone und der spezifische Widerstand des Ealbleiterkörpersbezogen auf gleiche stõrstellenkonzentration-werden durch die große Zahl der zur Verfügung stehenden halbleitenden Aj-By-Verbindungen, zu denen auch das oben bereits erwähnte &aAs gehörte in einem weiten Bereich erfaßt ; sie gestatten daher durch entsprechende Auswahl eine Anpassung an die speziellen Anforderungen, die an das Gerät gestellt werden Die obengenannten halbleitenden Verbindungen vom Typ e e worunter allgemein Verbindungen verstanden werden aus einem Element der 111.This requirement is in contradiction to the previously mentioned requirement., It is therefore necessary to make a decision when choosing the semiconductor body. on which particular importance is attached to the factors mentioned. The two properties mentioned i.e. the width of the forbidden zone and the specific resistance of the semiconductor body related due to the large number of available standing semiconducting Aj-By connections, to which the above mentioned & aAs belonged to a wide area covered; they therefore permit by appropriate Selection of an adaptation to the special requirements that are placed on the device The abovementioned semiconducting compounds of type e e including general Compounds are understood from an element of III.

Gruppe des Periodischen Systems and einem Element der V. Gruppe des PeriodischenSystems sind ausfuhrlich beschrieben im franz.. Patent 1. 057. 038. Group of the Periodic Table and an element of Group V of Periodic system are described in detail in the French patent 1,057,038.

Durch die Emission von Sekundärelektronen aus dem Halbleiterkristall können Meßfehler entstehen. Die Sekundäremission kann in bekannter Weise dadurch unterdrückt werden, daß vor dem Halbleiterkörper in Richtung der einfallenden Elektronenstrahlen eine negativ vorgespannte Elektrode angeordnet wird, wie es z. B. bei den Faraday-Auffängern üblich ist.Through the emission of secondary electrons from the semiconductor crystal measurement errors can occur. The secondary emission can thereby be achieved in a known manner be suppressed that in front of the semiconductor body in the direction of the incident electron beams a negatively biased electrode is placed as shown e.g. B. Faraday interceptors is common.

Die neue Einrichtung eignet sich besonders zur Messung der Intensität von Beugungsdiagrammen in Elektronenbeugungeapparaturen. Dies kann z. B. in der Weiseerfolgen, daß ein dem allgemeinen Verlauf der Beugunglinien geometrisch mbglichet angepaßter Kristalle z. B. ein bogenförmiger oder langgestreckter Kristalle mit konstanter Geschwindi.-keit über das Beugungsdiagramm hinweggeführt und dabei der Kurzschluß-' strom mit einem Schreiber registriert wird. In ähnlicher Weise kann das Gerät zur Messung von Intensitätsunterschieden bei elektronenmikroskopischen Abbildungen und/oder zur Ermittlung der Beliëhtungszeit von elektronenmikroskopischen Aufnahmen verwendet und entsprechend ausgebildet werden. 7 Schutzansprüche 2 FigurenThe new device is particularly suitable for measuring intensity of diffraction diagrams in electron diffraction apparatus. This can e.g. B. in the In such a way that the general course of the diffraction lines is geometrically possible adapted crystals z. B. an arcuate or elongated crystals with constant speed over the diffraction diagram and thereby the Short-circuit 'current is registered with a recorder. Similarly, can the device for measuring intensity differences in electron microscopy Images and / or to determine the exposure time of electron microscopic Recordings are used and trained accordingly. 7 claims for protection 2 figures

Claims (1)

Schutzanaßruche 1. Einrichtung zur Messung der Intensität von Blektrondnstrahlen, insbesondere von mittelschnellen Elektronenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß als Saohweiselement ein HalbLeiterkörper mit pw ergang torgesehen und als Photoelement geschaltet ist und daß der durch die Elektronen ausgelöste Phatostrom als Xaß für die Siektronenintensität dient. 2. Einrichtung nach Anspru. ch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper ein Germanium-oder Siliziumkörper vorgesehen ist. 3.Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkö-Tper eine halbleitende Verbindung vom Typ A vorgesehen ist.Protection claims 1. Device for measuring the intensity of electron beams, in particular medium-fast electron beams, characterized in that a semiconductor body with pw output is seen as the Saohweiselement and is connected as a photo element and that the phatocurrent triggered by the electrons serves as Xass for the electron intensity. 2. Device according to claims. ch 1. characterized in that as Semiconductor body a germanium or silicon body is provided is. 3. Device according to claim 1, characterized in that as Semiconductor body a type A semiconducting compound is provided. 4. Einrichtung nach Anspruch 3< dadurch gekennzeichnet, da. s als Halbleiterkörper ein GaAa-KSrper vorgesehen ist.4. Device according to claim 3 <characterized in that. s as Semiconductor body a GaAa KSrper is provided. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnete daß zur Unterdrückung der Emission von Sekundärelektronen aus dem Halbleiterkörper vor dem Halbleiterkörper in Richtung der einfallenden Strahlung eine negativ vorgespannte Elektrode vorgesehen ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized that to suppress the emission of secondary electrons from the semiconductor body a negatively biased one in front of the semiconductor body in the direction of the incident radiation Electrode is provided. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchei. dadurch gekennzeichnet, daß sie zur direkten Messung der Intensität von Elektronenbeugungsdiagrammen ausgebildet und hierzu die geometrische Form des Halbleiterkorpers dem allgemeinen Verlauf der Beugung nuten angepaßt ist und vorzugsweise der Kurzschlußstrom auf einen Schreiber geschaltet ist.6. Device according to one of the preceding claims. characterized, that they are designed for direct measurement of the intensity of electron diffraction patterns and for this purpose the geometric shape of the semiconductor body corresponds to the general course of the Diffraction grooves is adapted and preferably the short-circuit current on a recorder is switched. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 51 üadurch gekennzeichnet, daß sie zur Messung von Intensitätsunterechieden bei elektronenmikroskopischen Abbildungen und/oder zur Ermittlung der Belichtungszeit von elektronenmikroskopischen Aufnahmen ausgebildet ist.7. Device according to one of claims 1 to 51, characterized in that that they are used to measure differences in intensity in electron microscopic images and / or to determine the exposure time of electron microscopic recordings is trained.