DE9005786U1 - Anordnung zum In-situ-Ausglühen von Emissions- oder Tunnelspitzen - Google Patents
Anordnung zum In-situ-Ausglühen von Emissions- oder TunnelspitzenInfo
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Description
Forschungszentrum Jülich GmbH
Beschreibung
Anordnung zum In-situ-Ausglühen von Emissions- oder
Tunnelspitzen
PT 1.1019 GM
21.05.90
Die Neuerung bezieht sich auf i;.: ·:&bgr; Anordnung zum
Ausglühen von in Mikroskop-, Spektrometer- oder elektronenoptischen Anordnungen montierten feinen Spitzen,
in.: : sonHere Emi-p-.orispi _zen oder Tunnelspitzi.
, im Hoch»^°kuuin.
Besonderes Inters; ?? gilt dabei Rastertunnelmikroskop-
und Rasterfeldemissionsmikicskopspitzen (d.h. allgemein
Spitzen in Rasterspitzenmikroskopen}.
Es ist für Feldemissionskathoden bekannt, die Spitze
zu erhitzen, um eine chemisch reine Spitze und einen stabilen Emissionsstrom zu erhalten, tf-siter ist es
für Feldemissionskathoden bekannt, die Spitze zu erhitzen, während ein elektrisches Potential an ihr
anliegt und durch den sogenannten "Field Built-up" Prozeß eine Schärfung derselben zu erreichen und
insbesondere den Raumwinkel der Feldemission von Elektronen und der Feldionisation von Ionen zu verkleinern
.
Ebenso ist es für Feldionenmikroskopspitzen bekannt,
durch wiederholte Zyklen von Ionenbombardment mit
Neon und Ausheilen mittels Glühen Spitzen bis hin zu monoatomarer Schärfe zu präparieren.
Für Spitzen von Rasterspitzenmikroskopen ist es von großem Vorteil, diese bekannten Verfahren anzuwenden,
die alle unabdingbar eine zumindest kurzzeitige Erhitzung der Spitze (z.B. Wolframspitze) suf Temperaturen
von 1000 - 2000 K voraussetzen.
Die Anwendung di ·.■.-·. -2X "/erfahren auf in Rasterspitzenmikroskopen
montierte Spitzen ist bisher kaum üblich , aufgrund verschiedener Nachteile bisher bekannter
Heizanordnungen für solche feinen Spitzen.
Für difi Aufheizung fertig montierter Spitzen ist
es aus der Feldionen- und Feldelektronenmikroskopie bekannt, die Spitze durch einen Stromfluß durch den
Drahtbügel, auf dem die Spitze befestigt ist, zum Glühen zu bringen.Bekannt ist auch eine Spitzenheizung
mittels kontinuierlicher oder gepulster Bestrahlung der Spitze mit Laserlicht.
Die bekannte Widerstandsheizung der auf einem Drahtbügel
montierten Spitze führt zu einer Erwärmung nicht nur der Spitze, sondern vor allem des Drahtbügels
der Zuleitung und Umgebung. Ferner sind solche elektrischen Zuleitungen schon aus geometrischen
Gründen oder aus Gründen der Elektronenoptik oft störend. Bei schwingungsempfindlichen Aufbauten wie
Rasterspitzenmikroskopen wird das Auflösungsvermögen
des Mikroskops durch die dicken schwingungsübertragenden elektrischen Zuleitungen, die notwendig mit
der Spitze verbunden sind, vermindert. Eine Aufheizung
der Spitzen durch Laserlicht vermeidet zwar die Nachteile der Widerstarrdheizung selb&t, setzt
aber die optische Zugänglichkeit der Spitze im Mikroskop vorauf; und erfordert zumindest einen erhöhten
technischen und finanziellen Auswand.
Ziel der Neuerung ist daher, eine Spitzenbeheizung
die mechanisch vom Montaaebnrcich r &pgr; t k &ogr; &pgr; &pgr; r J t ist.
und wiederholte Spitzenbeheizunnen in situ erlaubt,
ohne daß besondere Vorkehrungen für1 die Kühlung der
Umgebung notwendig wären (insbesondere bei Spitzen die auf Piezokeramiken montiert: sind, d i I m>
i I e m peraturen von 200 - 4 00 &Ggr;" depolarisieren und unbrauchbar
werden, müßte eine Erwärmung der unmittelbaren Umgebung sorgsam verhindert werden).
Die zu diesem Zweck entwickelten neuerunggemäße Anordnung
ist geknri &eegr; zeichnet durch i;inc die Spitze
im wesentlichen koaxial umgebende Glühkathode und Einrichtungen zum Hindurchleiten von Strum durch
dieselbe , sowie zum Anlegen eines hohen positiven Potentials an die Spitze.
Insbesondere wird die Glühkathode durch einen schlaufen-
oder wendelartigen Glühdraht mit einer oder
mehreren Windungen gebildet oder durch einen dünnen Blechring (Ringscheibe oder Zylinder). Im nachfolgenden
Text wird die Glühkathode der Anschaulichkeit
Weitere Besonderheiten gehen aus den Unteransprüchen hervor.
D. h. n-3uerungsgemäß wird eine Elektronenstoßheizung
vorgesehen, die mechanisch von der die Spitze umgebenden
Spektrometer-, Mikroskop- oder elektronenoptischen Konstruktion, wie insbesondere von Rastertunnelmikroskopen
oder allgemeiner Rasterspitzenmikroskopen entkoppelt ist, so daß Heizzyklen für die
Spitze ohne Kühlung der Konstruktion erlaubt und
technisch einfach realisierbar sind, und es werden durch die Heizvorrichtung keine zusätzlichen Vibrationen
an den Mikroskopaufbau angekoppelt.
Zwar ist die Elektronenstoßbeheizung zu Erwärmung von Materialien im Vakuum an sich bereits seit langem
bekannt (M.v. Ardenne, Tabellen zur angewandten
Physik, VEB Verlag der Wissenschaften Berlin 1373 Band 1 Seiten 31?) , jedoch wurde eine solche Art
Mnr Beheizung bislang nicht in der vorliegenden Art
und Weise für die In-situ-Beheizung feiner Spitzen,
angewandt.
Die neuerungsgemäße Elektronenstoßbeheizung von Spitzen
mittels eines die Spitze koaxial umgebenden Glühdrahtes wurde insbesondere für Rastertunnelmikroskope
(DE-PS 36 10 540 bzw. DE-OS 38 22 504 bzw. Abwandlungen gemäß DE-Patentanmeldung P 39 18 249.5-33
entwickelt und wird deshalb im Zusammenhang damit im nachfolgenden näher beschrieben, sie eignet sich
jedoch für alle Arten von Tunnelmikroskopen und Feldemissionsrastermikroskopen und dergleichen, die es
erlauben Spannungen bis etwa + 500 V an die Spitze
Neben der mechanischen Entkopplung des Montagebereichs
und der Spitzenheizvorrichtung liegt ein wei- ;
terer Vorteil der Neuerung in der durch einfache
Vorkehrungen erzielbaren geringen Wärmebelastung * der Spitzenumgeburg.
Eine zweckmäßigerweise unterhalb des Glühdrahtes zur Spitzenhalterung hin anzubringende Blende schattet
alle wärmeempfindlichen Teile des Rastermikroskopaufbaus
gegen Strahlungswärme des Glühdrahts ab.
Kleine Glühdrahtquerschnitte, wie sie bei den in Figur 1 bis 3 dargestellten Aufbauten verwendet wurden,
sind großen Querschnitten wegen ihrer geringeren Wärmeabstrahlung vorzuziehen.
Eine weitere Herabsetzung der Wärmebelastung durch den Glühdraht kann durch Verwendung von Materia'ien
oder Beschichtungen für den Glühdraht, die die Temperatur
für die Glühemission herabsetzenf erreicht
werden (etwa durch thorierte Iridiumheizfäden,
LaBr-beschichte Drähte oder Bänder).
Fprrmr kann Hip pi pktrisrho 7&igr;&igr;1 pt timn ?nr initio
zweckmäßigerweise durch angemessene Kontaktierung, Dimensionie.' ung und Materialwahl zur guten Wärmeableitung
ausgenutzt werden.
Naturgemäß hängt die benötigte Heizleistung, um die Spitze auf die gewünschte Temperatur zu bringen,
stark von den einzelnen Gegebenheiten der Spitzenhalterung ab .
Um ein Beispiel zu geben, genügte bei einer ca. 4 mm aus der Halterung herausragenden Spitze mit einem
Schaftdurchmesser von 0,25 mm, bei Verwendung von
Wolfram als ^lühdrehinieterial einen! Qlühdrahtdurch—
messer von 0,1 mm, einem Schlaufendurchmesser von ca. 6 mm, einem angelegten positiven Potential von
ca. 500 V ein HeiWtrom von ca. 1,4 A, um 1 mA Glühemission
und Spitzentemperaturen von ca 1000 0C zu
erzielen. Diese genannten Daten ändern sich selbstverständlich, wenn z.B. Spitzengeometrie und ggf.
-material oder der Gluhdrahtdüfchmesser oder die
gewünschte Temperatur usw. anders gewählt werden.
Nachfolgend wird die Neuerung anhand der beigefügten
Zeichnungen erläutert; Es zeigen Figur 1 und 2 zwei Varianten der neuerungsgemäßen
Anordnung zur Aufheizung einer Spitze im Rastertunnelmikroskop und
Figur 3 eine Heizanordnung mit Manipulator.
Figur 3 eine Heizanordnung mit Manipulator.
Gemäß Figur 1 ist eine Tunnelspitze 1 einerRästertunnelmikroskopanordnung
auf »jinem Piezoröhrchpn
2 montiert und ragt mit dem angeschärfter, flereich
über einen Glühdraht 3 hinaus, der im wessntlicheii
durch zwei zur Spitze koaxiale Windungen mit entsprb
chender Zuleitung gebildet wird. Eine Zuleitung 4
zui Spitze 1 gestattet die Anlegung eines hoIien
l'usi: ven Potentials von z.B. 1000 V, on die Spitze
1 . Eine Blende 5 öchir>nt den Heizbereich gegen
din Umgebung ab. Mit 6 ist der M i kroskop$<x>; e 1 ün-'jedeutet.
Die vorliegende Anordnung läßt sich gegebenenfa] J.S bei ausreichendem Platz am Umfang des
Spitzenschaftes, als bleibende Anordnung konzipieren
Sie kann mittels einer Halterung, die einen vom Mikroskopaufbau
mechanisch unabhängigen Verankerungspunkt hat, befestigt werden.
Insbesondere wird jedoch für eine Entfernung des
Glühdrahts und gegebenenfalls der Blende von der
um die Spitze vorgesehenen Hei ·? position gesorgt: Dies kann, wie in Figur 2 angedeutet ist, durch eine
bewegliche Mikroskopanordnung passieren, bei welcher der Glühdraht 3 ortsfest ist und die gesamte Rpstertunnelanordnung,
wie durch Pfeil angedeutet, relativ zum Glühdraht verschoben werden kann. In Figur 2
tragen vergleichbare Elemente '.·-"" in Figur 1 glev-he
Bezugszeichen, zusätzlich ist mit 8 ein Mikroskopmanipulator bezeichnet und 9 bedeutet einen Wärmetauscher
.
Eine besonders zweckmäßige Anordnung zur Entfernung des Glühdrahts von der Spitze ist in Figur 3 wiedergegeben:
Hier ist der Glühdraht 3 samt Blende 5 am Manipulator 8 mit Manipulatorwelle 8' befestigt,
andern gleichzeitig die Probenzange 10 fixiert ist.
Der Manipulator 8 kann, wie im Bereich der Welle
angedeutet ist, lineare Bewegungen in drei Raumrichtungen sowie eine Schwenkbewegung ausführen, so daß
nach dem Heizen der Spitze 1 durch Anheben, Ausrücken, Drehen und Positionieren ein Wechsel zwischen der Anordnung der Heizvorrichtung bzw. der
Untersuchungsprobe möglich ist.
Bei den in Figur 1 bis 3 dargestellten Anordnungen wird durch die positive Hochspannung an der Spitze
und die Anordnung des Glühdrahtes unterhalb des angeschärften Spitzenbereichs eine Fokussierung
der Elektronen auf den oberen Schaftbereich der Spitze und damit eine gleichmäßige Erwärmung dieses
Bereichs und des konisch zulaufenden Spitzenendes erreicht.
Claims (11)
1. Anordnung zum Ausglühen von ir Mikroskop-, Spektrometercdsr
elektronanoptischen Anordnungen montierten
feinen Spitzen, insbesondere Emissionsspitzen oder Tunnelspitzen, im Hochvakuum
gekennzeichnet durch
eine die Spitze (1) im wesentlichen koaxial umgebende Glühkathode (3) und Einrichtungen zum Hindurchleiten
von Strom durch dieselbe sowie zum Anlegen eines hohen positiven Potentials an die Spitze.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Glühkathode (3) durch einen schlaufen- oder
wendelartigen Glühdraht gebildet wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
eine insbesondere napfartige Blende (5), die Spitze (1) und Glühkathode (3) konzentrisch umgibt.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der angeschärftG Bereich der Spitze (1) über die
von der Glühkathode (3) umschlossene Fläche hinausragi
5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
einen Abstand Spitze - Kathode von 0,2 - 10 mm,
inshnsondere 1 - 5 mm.
PT 1.1019 GM
21.05.30
nö/ ki
21.05.30
nö/ ki
6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Glühkathode (3) durch zumindest eine Drahtwindung, insbesondere aus Wolfraradraht, gebildet
wird.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
eine Drahtstärke des Glühdrahtes von 0,05 - 1 mm, insbesondere von etwa 0,1 mm bzw. eine Qüexäci.nitts-
2 flF---;?e der Glühkathode von 0,005 bis 1 mm .
8. Anordnung no : < einem "r vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch Einrichtungen zux L..tfei;,ung der Glühkathode aus
ihrer Heizposition koaxial zur Spitze.
9. An.rdnung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
einen Manipulator (8) für die Glühkathode mit Dreh-
und/oder Schiebedurchführung.
10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Montage von Blende (5) und Glühkathode (3) an einem Probenträger-Manipulator (8) für der Spitze
(1) gegenüber anzuordnende Proben.
11. Anordnung nach Anspruch 10,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
eine Montage von Blende (5) und Glühkathode (3) auf der Rückseite eines der Spitze (1) in Spitzenbetriebsposition gegenüberstehenden Probenträgers und einen
manipulator-betätigten Bewegungsmechonismus (8, 8')
für denselben.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9005786U DE9005786U1 (de) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | Anordnung zum In-situ-Ausglühen von Emissions- oder Tunnelspitzen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9005786U DE9005786U1 (de) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | Anordnung zum In-situ-Ausglühen von Emissions- oder Tunnelspitzen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9005786U1 true DE9005786U1 (de) | 1990-08-30 |
Family
ID=6854001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9005786U Expired - Lifetime DE9005786U1 (de) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | Anordnung zum In-situ-Ausglühen von Emissions- oder Tunnelspitzen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9005786U1 (de) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2138339B2 (de) * | 1970-07-31 | 1978-07-27 | Agence Nationale De Valorisation De La Recherche (Anvar), Courbevoie (Frankreich) | Verfahren und Vorrichtung zum Anspitzen und/oder Reinigen einer Spitze |
| DE3937722A1 (de) * | 1988-11-15 | 1990-05-17 | Mitsubishi Electric Corp | Abtast-tunnelstrommikroskop |
-
1990
- 1990-05-21 DE DE9005786U patent/DE9005786U1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2138339B2 (de) * | 1970-07-31 | 1978-07-27 | Agence Nationale De Valorisation De La Recherche (Anvar), Courbevoie (Frankreich) | Verfahren und Vorrichtung zum Anspitzen und/oder Reinigen einer Spitze |
| DE3937722A1 (de) * | 1988-11-15 | 1990-05-17 | Mitsubishi Electric Corp | Abtast-tunnelstrommikroskop |
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