Aufbau und Erprobung eines Spiegelkorrektors für Niederspannungs-Elektronenmikroskope

An moderne Elektronenmikroskope werden immer grosere Anforderungen gestellt, um die Ortsauflosung und die lokale chemische und elektronische Information zu erhohen. Letztere gewahrleistet ein abbildendes Energiefilter bei ausreichend monochromatischer Beleuchtung. Die Ortsauflosung konventioneller Elektronenmikroskope wird prinzipiell durch den Farb- und den Offnungsfehler der Objektivlinse begrenzt. Beide Fehler sind gemas des Scherzer-Theorems bei Rundlinsensystemen unvermeidbar. Wahrend fur Durchstrahlungs-Elektronenmikroskope und Rasterelektronenmikroskope bereits funktionierende Korrektoren zur Verfugung stehen, existiert kein Korrektor fur die Direktabbildung im Niederspannungsbereich. Diese Lucke kann mit einem Elektronenspiegel in Verbindung mit einem fehlerarmen Strahlteiler geschlossen werden. Der Spiegelkorrektor soll im Spektromikroskop SMART eingesetzt werden. Die Korrektur kann zum einen zur Steigerung der Ortsauflosung von 5 nm auf unter 1 nm genutzt werden, zum anderen kann der Blendenoffnungswinkel bei einer Ortsauflosung, die unkorrigierten Geraten vergleichbar ist, zur Verbesserung der Intensitatsausbeute um den Faktor 4 bis 10 erhoht werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden der Strahlteiler und der Elektronenspiegel konstruiert, aufgebaut und in einem konventionellen Rasterelektronenmikroskop erprobt. Der ideale Strahlteiler bildet aufgrund seiner internen Symmetrie bei einer 90°-Ablenkung seine Eintrittsebene 1:1 in seine Austrittsebene ab, wobei weder geometrische Fehler zweiter Ordnung noch Dispersion ersten oder zweiten Grades eingefuhrt werden. Durch Symmetrieverletzung konnen Restfehler auftreten. Die Charakterisierung der vier Quadranten des Strahlteilers gelingt durch Messung von Kantenauflosungen bei groser Blende zur Abschatzung der geometrischen Fehler und durch Bestimmung der Dispersion bei Energieabweichungen von uber 25 % von der Nominalenergie. Aufgrund der durchgefuhrten Messungen ist ein erfolgreicher Betrieb des Strahlteilers im SMART zu erwarten. Der Elektronenspiegel besteht aus vier Elektroden. Mit den drei zur Saulenspannung frei wahlbaren Spannungen konnen Farb- und Offnungsfehler des Spiegels bei fester Brennweite in einem weiten Bereich eingestellt werden. Die simultane Korrektur von Farb- und Offnungsfehler konnte am Testmikroskop zweifelsfrei durch Messung der Fehlerkoeffizienten des Gesamtsystems nachgewiesen werden. Durch geeignete Wahl der Potentiale an den Spiegelelektroden wurde das System von einem unterkompensierten Zustand uber den korrigierten in einen uberkompensierten Zustand uberfuhrt. Als charakteristisches Merkmal der erfolgreichen Korrektur weist die Aufnahme von Goldclustern im korrigierten Zustand den hochsten Kontrast auf. Ein hoherer Prozentsatz der einfallenden Elektronen wird in den zentralen Bereich des Rasterflecks fokussiert. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse zeigen, das die Farb- und Offnungsfehlerkorrektur eines Niederspannungs-Elektronenmikroskops mit einem Elektronenspiegel verwirklicht werden kann. Der nachste Schritt vor dem Einsatz des Spiegelkorrektors im SMART ist der Nachweis der Auflosungsverbesserung am Testmikroskop.