DE1744070U - Einrichtung zur messung der intensitaet von elektronenstrahlen. - 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Gruppe des Periodischen Systems and einem Element der V. Gruppe des

  PeriodischenSystems sind ausfuhrlich beschrieben im franz.. 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.
• 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 Figuren

Claims (1)

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.

   4. Einrichtung nach Anspruch 3< dadurch gekennzeichnet, da. s als Halbleiterkörper ein GaAa-KSrper vorgesehen ist.

   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.

   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.

   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.