DE2850748A1

DE2850748A1 - Verfahren und vorrichtung zur mikroanalyse mittels einer roentgenstrahlung

Info

Publication number: DE2850748A1
Application number: DE19782850748
Authority: DE
Inventors: Jacques Cazaux
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1978-11-23
Publication date: 1979-05-31
Also published as: FR2410271A1; JPS5483893A; FR2410271B1; GB2009494A; GB2009494B; US4218617A; CH628437A5

Description

PATENTANWALT DIP L. -ING. J. MEINKE

46OO DORTMUND 1,

WESTENHELLWEe 67

TELEFON CO2313 140810

TELEQRAMM DOPAT Dortmund TELEX 8227328 pat d

J, MOV.

_D/y

AKTEN-NR.: 4I/3263

Anmelder

AGENGE NATIONAIE DE VALORISATION DE LA RECHERCHE A N V A R, 13, rue Made leine Mi ehe Ils, 92522 Neuilly Sur Seine / Frankreich

Bezeichnung

"Verfahren und Vorrichtung zur Mikroanalyse mittels einer Röntgenstrahlung"

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Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mikroanalyse mittels einer Röntgenstrahlung.

Man kennt schon zahlreiche Verfahren zur Analyse eines Probestückes, bei denen das Probestück mit Hilfe einer Sonde für elektromagnetische oder Korpuskularstrahlung abgetastet wird und bei der man eine Sekundärstrahlung aufspürt, Eine vollständige Analyse eines Materiales erfordert im allgemeinen, daß mehrere Analysen dieses Materials durch unterschiedliche Prozesse untersucht werden, beispielsweise solche wie ESCA, AUßER, Röntgenemission, Röntgenabsorption, Röntgenfluoreszenz o. dergl. Man bereitet mehrere Proben desselben Probestückes vor und ζ. Zt. ist es noch erforderlich, bei den damit in Zusammenhang stehenden üntersuchungsmethoden unterschiedliche Einrichtungen in unterschiedlichen Vorrichtungen zu gebrauchen.

Darüber hinaus kennt man auch die Nachteile der Verfahren, bei denen man einen Röntgenstrahl analysieren muß: Die Berechnungen sind schwach, die Apparate sind wenig handlich, die Empfindlichkeit zur Untersuchung von leichten Elementen ist schwach (da der Proportionalzäiiler, der im allgemeinen mit den zu untersuchenden Elementen benutzt wird, ein Fenster notwendig hat, welches die schwachen Röntgenstrahlen absorbiert) und die Auflösung nach der Energie der Röntgenphotonen ist größer als bestenfalls 5 eV.

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Man weiß außerdem, daß die klassische Methode der Spektrometrie der Röntgen-Photoelektronen (ESCA) nicht eine Untersuchung durch Abtastung erlaubt, da die Oberfläche des ausgeleuchteten Probestückes durch die Röntgenstrahlung nicht

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unter cm reduziert werden kann. Die Fläche, die man mit

2 ESCA analysiert, kann manchmal auf einige μπι reduziert werden, was eine Untersuchung durch Abtastung gestattet, in dem man das zu untersuchende Probestück direkt unter die Antikathode klebt (J. Cazaux, Revue de Physique Applique"e₃ 10 (1975) S. 263). Aber dieses Verfahren ist immer nur bei der Untersuchung von Probestücken, auf welchen Photoelektronen erzeugt werden, anwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit welcher ein Verfahren zur Mikroanalyse mittels einer Röntgenstrahlung ermöglicht wird, welches besser als die bisher geeigneten Verfahren den Erfordernissen der Praxis gerecht wird und das geeignet ist, in den bereits vorhandenen Geräten, die man bei der Durchführung der Verfahren ESCA und AUGER gebraucht, angewandt zu werden.

Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art, gemäß dem man mit Hilfe eines Bündels von Primärelektronen eine kleine Schicht aus Material, welches die Antikathode bildet, abtastet, um eine Röntgenstrahlung zu erzeugen, die von einer kleinen Schicht aus Konverter-Material empfangen wird, in welcher die Röntgenstrahlung einen Strom von

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Photoelektronen ins Leben rufen, die der Schicht entspringen und die man einer Intensitätsmessung unterwirft, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man von der Intensitätsmessung der Photoelektronen, die in dem Konverter erzeugt werden, der aus einem Materia: besteht, welches ein einfaches photoelektronisches Spektrum bietet und aus mindestens einem Streifen besteht, mit schwacher Verbindungsenergie, die Eigenschaften der antikathodischen Zone, die den Strahl auffängt, oder die Eigenschaften einer Absorptionsschicht, welche zwischen der Antikathode und dem Konvertermaterial rechts von der Zone, auf der die Primärelektronen auftreffen, liegt.

Um die Mikroanalyse einer antikathodischen Schicht durchzuführen, analysiert man das Bündel von Photoelektronen mittels Spektrometrie nach der Energie und man leitet die Schichtung eines Elementes in der Antikathode von der Intensität des Stromes der Photoelektronen aus der Energiecharakteristik dieses Elementes ab = Die Auflösung nach der Energie kann besser sein als 1 eY_s iia.3 erlaubt _s durch die Wirkung der chemischen Verschiebung die verschiedenen Oxy= dationsgrade dieses Elementes herauszustellen.

Zur Messung der lokalen Absorption einer Absorptionsschicht des Probestückes, welches tischen Antikathode und dem Kon verter eingelegt ist_s kann man (insbesondere, wenn das Probestück homogen ist) die Photoelektronen ohne Unterscheidung nach der Energie einfangen. Man kann aber auch eine ünter-

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scheidung derart durchführen, daß man den Fluß der elastischen Photoelektronen, sei es aufgrund der char&fceristischen Spannung der Antikathode oder sei es (wenigstens in einigen Fällen) aufgrund der Fluoreszenzspannung, die vom Ob jekt aus ge s chi ckt wi rd, mißt,

In einem wie im anderen Falle reicht eine Auflösung von 10 eV aus. Wenn man organische Absorptionsschichten untersuchen will, wird man vorzugsweise eine Antikathode aus Aluminium oder Magnesium benutzen. In der Metallurgie wird man viel mehr das Chrom benutzen. Wenn die Absorptionsschicht aus einem leichten Element besteht, ist es häufig vorteilhaft, die Antikathode aus einem Element zu bilden, welches denjenigen in der Klassifikation nach Mendeleiev folgt, aus dem die Absorptionsschicht gebildet 1st.

Die Erfindung schlägt in gleicher Weise eine Scheibe vor, die brauchbar ist, um mit dem oben beschriebenen Verfahren benutzt zu werden, die zwischen einer dicken Schicht aus einem Material, welches die Antikathode bildet und einer dünnen Schicht aus einem Jionvertermaterial, aus einer Schicht des Probestückes besteht, welches organisch (was dazu führen wird,, daß man häufig die Ränder der Antikathode und des Konverters luftdicht abschließt, um eine hermetisch abgeschlossene Kapsel zum Schutz des Probestückes zu bilden), metallurgisch oder mineralurgisch sein kann. Das Material, aus welchem die Antikathode gebildet ist, kann in Funktion

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zur Art der Absorptionsschicht gewählt werden oder zu derjenigen des zum Nachweis darunterliegenden Elementes.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Prinzipskizze, die die Möglichkeit einer Scheibe zeigt, bei der die Antikathode von einer Schicht des Probestückes, welches zu untersuchen ist, gebildet wird,

Fig. 2 eine Prinzipskizze, die die prinzipiell benutzten Elemente der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung im Schnitt einer Scheibe, die man in einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung benutzen kann,

Fig. 4 eine Kurve, repräsentativ für die Absorption in Funktion zur Energie, die den Vorteil einer entsprechenden Wäü. einer energetischen Auswahl au ge sehe in lieh machen soll.

In einem ersten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird das Verfahren dazu benutzt, eine Mikroanalyse eines

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Probestückes, welches die Antikathode bildet, durch die Identifikation seiner charakteristischen Röntgenstrahlung durchzuführen. Dazu mißt man die kinetische Energie E_R der gesammelten Photoelektronen, die aus einer Konverterschicht herrühren, und man leitet die Energie h u der Röntgenstrahlung \on der kinetischen Energie E_R und der Bindungsenergie E_ß des wesentlichen Materiales der Antikathode durch folgende Relation:

h μ = E_B+ E_K.

Durch Auflegen eines Analysegerätes auf eine kinetische Energie E^ entsprechend der Energie h u der Röntgenstrahlung, welche sich aus der Erregung eines bestimmten Elementes ergibt, kann man die Verteilung der Röntgenstrahl- · lung dieses Elementes mitten in der Antikathode herleiten.

Die antikathodische Schicht und die Konverterschicht sind zu einer zusammengesetzten Scheibe verbunden, wie dies schematisch in Pig» 1 dargestellt ist. Die Scheibe 10 trägt eine Antikathode 11_s bestehend aus einer Schicht des Probestückes j welches zu analysieren ist, verkleidet mit einer Schicht 12, deren Dicke schwach und gut bestimmt ist, aus einem Konvertermaterial, dessen Natur man kennt, bestehend aus einem Element oder einer reinen Substanz, ausgewählt in Abhängigkeit von dem Element oder den Elementen, die man in dem Material der Schicht aufspüren will, die die Anti-

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kathode bildet, entsprechend der Kriterien, die weiter unten beschrieben werden.

Das Verfahren kann in einer Vorrichtung durchgeführt werden, deren Konstruktion allgemein derjenigen eiies AUGER-Mikroskopes entspricht. Die Vorrichtung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt und trägt eine Elektronenröhre 13, die mit einer Optik ausgestattet ist, welche ein feines Bündel von Primärelektronen 14 liefert, welche die elektronische Sonde bilden, gebündelt auf die Scheibe 10. Durch Benutzung einer geeigneten Optik kann man eine Auflösung in der Größenordnung eines mys erreichen.

Das Elektronenbündel 14 wird dem Einfluß einer Abtastvorrichtung unterworfen, schematisch durch zwei Paare 15 und 16 von Leitspulen angedeutet, die in zwei zueinander rechtwinklig stehenden Richtungen angeordnet sind» Mano kann aber auch in gleicher Weise die Abtastung der Scheibe 10 auf herkömmliche Weise, beispielsweise nach Art der Fersetechnik, eriö.chen.

Ein Analysator 17, beispielsweise in Art eines zylindrischen Spiegels, dessen Beschreibung nicht notx-jendig ist, da er allgemein bekannt ist, und mit dem sich eine Auflösung in der Größenordnung von 0,1 eV in der Fläche gehend von 100 bis 500 eV erreichen läßt, fängt die Photoelektronen auf, welche vom Konvertermaterial 12 stammen. Ein Intensitäts-

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meßorgan 18 des Analysegerätes ist mit einer Verstärkerelek·- tronik 19 verbunden, deren Ausgang ein Sichtgerät 20 speist beispielsweise einen Kathodenschirm. Diese Vorrichtung ist mit einem Befehlkreis 21 zur Abtastung verbunden, welcher die Synchronität zwischen der Abtastung der zusammengesetzten Scheibe 10 vom Bündel der Primärelektronen 14 mit derjenigen des Sichtgerätes sicherstellt.

Das Bündel von Primärelektronen schafft in der Schicht 11 Röntgenstrahlen, die charakteristisch für die Elemente sind, die sie leiten und die sich in alle Richtungen zerstreuen. Ein Teil dieser Strahlung durchdringt die Schicht 11 und trifft auf die Schicht 12 aus Konvertermaterial, wo es Photoelektronen erzeugt. Diese Photoelektronen, die der Schicht -12 ent weiden, werden vom Analysator 17 in einem festen Winkel so hoch wie möglich eingefangen, wobei der Analysator 17 sie nach der Energie analysiert und beispiels-Iweise dafür geeignet sein kann, um einer charakteritischen Röntgenstrahlung eines nachzuweisenden Elementes zu entsprechen.

Die Dicke der Schicht, die die Antikathode bildet, wird in Abhängigkeit von der Energie der Primärelektronen gewählt. In der Praxis wird die maximale Spannung zur Beschleunigung der Elektronen 20 kV aus Bequemlichkeitsgründen zur Reduzierung des Raumbedarfes der Röhre und der Kosten nicht überschritten. In den meisten Fällen wird man die Spannung

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auf ca. 10 kV" begrenzen, was die Vorrichtung In gleicher Weise zur Analyse der Spektrometrie nach AUGER und nach ESCA (chemische Analyse durch Spektrografie der Elektronen) geeignet macht.

Bei diesen Bedingungen benutzt man im allgemeinen eine Antikathode, die eine Dicke von weniger als 10 μ aufweist. Da es andererseits wünschenswert ist, daß die Primärelektronen praktisch vollständig von der Antikathodenschicht absorbiert werden, weist diese im allgemeinai eine Dicke von weniger als 0,5 μ auf.

Das Konvertermaterial ist im allgemeinen aus einem reinen Element, um eine gute Quantenausbeute und ein so einfach wie mögliches Spektrum zu erreichen und es ist passend mit der Art des Elementes, welches in der Antikathode aufzuspüren ist. Jedes Mal, wenn man leichte Elemente aufzuspüren wünscht, ist es zweckmäßig, wenn das Element , welches den Konverter bildet, eine möglichst geringe Bindungsenergie Eg aufweist.

Man kann insbesondere Gold benutzen, was den Vorteil einer erhöhten Quantenausbildung hat. In diesem Falle benutzt man eine Doublette, hochgradig aus Gold bestehend, mit Bindungsenergien Eg von 83 eV und von 87 eV. Gold hat verschiedene Vorteile: Es ist ein guter Wärmeleiter und leicht in eine feine Schicht mit gleichmäßiger Dicke zu formen; es erlaubt, alle Elemente aufzuspüren, außer Lithium, Helium und Wasserstoff.

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Wenn man eine Vermischung zwischen mehreren photoelektronischen Strahlen, die von Röntgenstrahlen unterschiedlicher Energie angeregt werden, zu vermeiden wünscht, und um sich die Möglichkeit zu bewahren, leichte Elemente von niedriger Atomzahl aufzuspüren, kann man amorphen Kohlenstoff oder Bor benutzen. Der Nachteil der Benutzung einer Kohlenstoffschicht als Konverter besteht in der Unmöglichkeit, den Kohlenstoff selbst aufzuspüren (häufig in organischen Proben), ebenso wie die noch leichteren Elemente, insbesondere Bor, BiriIlium oder Lithium.

Man kann auch in einigen Fällen einfache Körper benutzen, um die Konverterschicht zu bilden. Insbesondere die Verwendung von Lithium-Pluorid erlaubt das Auffinden von sehr leichten Elementen, die Bindungsenergie von Lithium ist sehr schwach.

Die Dicke der Konverterschicht korrespondiert zur Stärke des Ausstoßes von Photoelektronen derart, daß man im allgemeinen sich veranlaßt sieht, eine sehr geringe Dicke zu nehmen, die nicht 0,5 μ überschreitet, was leicht durch Eindampfung jralisiert werden kann, wenn das Material der Schicht sich dazu eignet.

Die relative Auflösung nach der EnergieÄE/E des Spektrometers zu den Elektronen kann leicht 10 erreichen. Polglich kann man die Strahlen K 06 bis zum Zink aufspüren, so

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wie die Strahlen L oder M für die schwereren Elemente mit einer absoluten Energieauflösung Δ E, die bis zu 0,1 eV gesenkt werden kann.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel nauh der Erfindung legt man zwischen die Antikathode, welche aus einem reinen Element oder aus einem einfachen Körper besteht, und der Konverterschicht von geringer und regelmäßiger Dicke, ebenfalls aus einem bekannten Material bestehend, eine Schicht des zu erforschenden Probestückes. Die Intensität des Stromes der Photoelektronen, die vom Konverter austreten, steht zur Abhängigkeit zur Absorption der Röntgenstrahlen durch das Probestück, die von der Antikathode austreten.

Gemäß der Analyseart wird die auf den Strom der Photoelektronen einwirkende Messung unterschiedlich sein.

Speziell kann man alle Photoelektronen einsammeln, wie groß auch immer ihre Energie ist. Daß wird dann beispielsweise der Fall sein, wenn man die Unterschiedlichkeiten der Dicke einer homogenen Schicht eines Probestückes ermitteln will.

Man kann in gleicher Weise einen Analysator auf gebundener Energie benutzen, um die elastischen Photoelektronen aufzuspüren, die durch die Röntgenstrahlung von der Atikathode ausgelöst werden und das Probestück durchquert haben oder um die durch die Röntgenstrahlung der Fluoreszenz ausge-

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stoßenen Elektronen aufzuspüren, die vom Probestück abgegeben werden.

In jedem Falle benutzt man im allgemeinen eine Scheibe, deren prinzipieller Aufbau in Fig. 3 gezeigt ist (in welchem die Elemente, die denjenigen aus Fig. 1 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen aufweisen und mit einem a als Index versehen sind).

Die geschichtete Scheibe 10„ trägt eine antikathodische

Cl-

Schicht 11 . die im allgemeinen von einem Element in reinem

Zustand gebildet wird, im allgemeinen von einem Metallj welches vorzugsweise «ine erhöhte thermische Leitfähigkeit aufweist. Die Spannung zur Beschleunigung der Primärelektronen, die das Abtastbündel"14_ bilden, übersteigt im all-

cL

gemeinen nicht 10 kV. Man wird im allgemeinen die K-Strählung der leichten und Zwischenelemente benutzen (bis zum Zink, dessen Atomzahl 30 beträgt) und die L oder selbst die M-Strahlung für die schweren Elemente. Dies ist in gleicher Welse für die erste Ausführungsform der Erfindung gültig.

Jedesmal, wenn das zu untersuchende Probestück aus leichten Elementen besteht, wie beispielsweise Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, die prinzipiell biologische Proben bilden, ist man bemüht, zur Vermehrung des Absorptionskontrastes eine welche Röntgenstrahlung zu benutzen und daher

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eine Antikathode aus Aluminium oder Magnesium vorzuziehen, deren K06-Strahlung man anregt.

Im Gegensatz dazu kann man in der Metallurgie oder Mineralurgie Interesse am Gebrauch der Ko^-Strahlung von Chrom haben. Die Dicke der Schicht 11 der Antikathode wird dann in gleicher Weise sein wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Man kann selbstverständlich auch das zu überprüfende Probestück in mehreren Proben aufteilen, indem man beispielsweise durch Aufdampfung unterschiedliche antikathodische Schichten aufbringt, um unterschiedliche Kontraste des zu bestimmenden Elementes zu erreichen und gleichzeitig eine Inversion mit Kontrasten zu realisieren. Um ein Kontrastmaxi mum zu erreichen, ist es zweckmäßig, eine Antikathode 11. zu benutzen, welche eine Röntgenstrahlung χ auslöst, de-

ren Wellenlänge geringfügig unter derjenigen der Absorption des zu untersuchenden Elementes im Probestück liegt. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird die Absorption (auf der Ordinate aufgetragen) eines gegebenen Elementes sehr viel höher sein, wenn man eine Röntgenstrahlung annimmt, deren Energie ein wenig über derjenigen liegt, die bei 22 in Fig. Ά angedeutet ist. Das Probestück 24 stellt sich als eine Schicht dar, deren Dicke als Funktion ihrer Absorption gewählt ist. Man kann eine Dicke annhmen, bei der die Absorption

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e"^^x etwa zwischen 10"' und 0,9 liegt, aber in der Praxis wird die Dicke etwa zwischen 0,3 und 30 μ liegen.

Schließlich kann man zur Bildung der Konverterschicht 12_Q

die gleichen Elemente nehmen, wie im Fall der Fig. 1. Da die Analyse nach der Energie der Photoelektronen, wenn man diese benutzt, keine sehr hochgradige energetische Auflösung benötigt (eine absolute Auflösung Δ E in der Größenordnung von 10 eV ist ausreichend, wenn man nicht den Effekt des chemischen Gleitens untersucht, kann man gleichwohl fast immer eine dünne Schicht aus Gold benutzen, deren Dicke nicht 0,5 u Meter überschreitet).

Wenn man die Absorption der Röntgentrahlung durch ein Probestück aus einem leichten Element zu untersuchen such^, ist es im allgemeinen zweckmäßig, sich einer Antikathode zu bedienen, die aus einem Element besteht, welches in der Klassifikation nach Mendeleiev dem aufzuspürenden Element folgt. Beispielsweise um Aluminium und Magnesium in dünnerer Schicht aufzuspüren, kann man die Antikathode aus einer dicken Schicht aus Silicium bzw. Aluminium bilden. Das Konvertermaterial kann in beiden Fällen amorpher Kohlenstoff oder Gold sein.

Die Schichten, die die Antikathode und den Konverter darstellen, können eine hermetisch abgesjhlossene Kapsel bilden, in die das Probestück sicher vor den Vakuumeffekten,

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welche in der Vorrichtung herrschen, eingebracht ist. Diese 'Möglichkeit stellt einen großen Vorteil dar, um lebende Partikel zu untersuchen, da diese, wenn sie einem Vakuum unterworfen würden, sofort durch die Dehydration getötet würden.

Wie weiter oben ausgeführt, kann die zweite Ausführungsform der Erfindung dazu benutzt werden, um die Absorptionsverteilung der Röntgenstrahlung durch das Probestück zu bestimmen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, anstatt eines Analysators nach der Energie eine Sammelelektrode 25 zu benutzen, welche die Gesamtheit der Photoelektronen, die den Konverter verlassen, auffängt. Auf diese Weise mißt man einen maximalen Photoelektronenstrom für eine vorbestimmte Intensität des Primärphotoelektronenstromes, was erlaubt, entweder eine sehr schnelle Messung auszuführen oder ein sehr schmales aber einem viel schwächeren Strom entsprechendes Bündel von Primärelektronen (daher eine bessere Definition zu liefern) aufzunehmen.

Zur Kenntnisnahme kann man feststellen, daß man bei einer

globalen Quantenausbeute in der Größenordnung von 10" nach Abwesenheit der Probe kommen kann, mit einer Antikathode aus Aluminium und einem Konverterüberzug aus Gold. Mit einer Energieeelektion entsprechend einer Lücke oder einem Fenster von 10 eV kann man beim Gebrauch einer Feldemissionsröhre, die einen beachtlichen Strom an Primärelek-

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tronen liefert, eine Auflösung in der Größenordnung von 0,5 μ erreichen, durch Beibehaltung einer Speicherungsgeschwindigkeit der langsamen bidirektionellen Abbildung. Wenn man die ganzen Elektronen, die vom Konverter ausgestoßen werden, aufs amme it, vermehrt man beträchtlich die Meßintensität, die von einem Paktor ungfähr 10⁵ multipliziert wird, denn zum entsprechenden Strom von photoelektronischen Strahlen fügt sein ein kontinuierlicher Rest von Sekundärelektronen und von Photoelektronen hinzu, die man elastischen Stoßen im Probestück und im Konverter unterzieht und man kann mit einer normalen Abtastgeschwindigkeit eine Auflösung von ungefähr 0,5 μ erreichen.

Als Beispiel für das erfinduhgsgemäße Verfahren durch Absorption kann man die zerstörungsfreie Überprüfung von integrierten Kreisen von Mikroelektronik anführen. Man kann nämlich die Dicke eines Isolators in herkömmlichen Strukturen der Art eines Metall-Oxyd-Halbleiters oder Metall-Isolator-Metalles messen, indem man das oder eines der Metalle als Konverter benutzt. Beispielsweise im Falle einer Struktur MOS der Art Au-SiOg-Si kann man das Silicium als Antikathode und das Gold als Konvertermaterial benutzen und die Lücken in der SiO₂-Schicht messen und deren Fehler in der Homogenität. Man kann das gleiche Verfahren in dem Falle einer Struktur MOS des Types Al-SiOg-Si benutzen. Diese letztere Schicht, im allgemeinen aus mehreren Mys, bildet außerdem die Antikathode.

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Wenn man nicht mehr als einfach die Unterschiede der Absorption der Röntgenstrahlung durch die Probeschicht, die in zwei Richtungen folgt, untersuchen will, sondern die Verteilung eines gegebenen Elementes in dieser Schicht bestimmen will, wird man im allgemeinen es vorziehen, eine Analyse nach der Energie vorzunehmen.

Im allgemeinen wird eine derartige energetische Analyse dadurch erreicht, daß man den AmLysator derart regelt, daß seine Energielücke im Spektrum der elastischen Photoelektronen entspricht, welcher aus der Konverterschicht durch die charakteristische Röntgenstrahlung, ausgestoßen durch die Antikathode, austreten. Einige entlassen natürlich die Photoelektronenj die in dem Teil der Konverterschicht entstanden sind, die der Stärke des Entweichens entspricht, auf der Grundlage von der Ausgangsseite. Diese Lücke wird unter Berücksichtigung der Tatsache bestimmt, daß die kinetische Energie Ε_χ der Photoelektronen neben der Energie h\) der Röntgenstrahlung, welche von der Antikathode ausgestoßen wird und der Bindungsenergie E_ß der Photoelektronen durch die Beziehung gegeben:

^EK = ^h0 c - ^EB

Man kann manchmal in einigen Fällen die Analyse derart regeln, daß der gemessene Strom derjenigen der Photoelektronen ist, welche durch die Fluoreszenzstrahlung ausgestoßen

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werden, der vom Objekt und der Energie hυ _f ausgeht. In diesem Falle ist.die kinetische Energie der Photoelektronen durch folgende Beziehung gegeben:

= h\)_f - E_B.

Man kann ebenso die Verteilung innerhalb eines Elementes speziell in einer Schicht bestimmen, indem man eine Energieauswahl trifft, welche dem Wert h \) _f entspricht, der dieses Element charakterisiert: Ein solcher Prozeß ist beispielsweise brauchbar, um die Verteilung der Elemente mit mittleren Atomzahlen zu bestimmen, z.B. vom Chrom in einer Probe. Es muß bemerkt werden, daß die Fluoreszenzstrahlung natürlich sehr viel weniger intensiv ist als die Antikathodenstrahlung und daß folglich die Ströme sehr viel schwäche» sind und die Verwirklichung des Verfahrens damit sehr viel langsamer.

In jedem Falle kann das Verfahren in einer Vorrichtung angewendet werden, welches in gleicher Weise anderen Arten von Analysen dienen kann. Man kann auch das Verfahren gemäß der Erfindung in anderen bekannten Verfahren anwenden und mit diesen zusammen anwenden, und zwar in einem bestimmten Maße, in dem die Verfahren substituiert werden können. ·

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiei noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken

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der Erfindung zu verlassen. So sind die Verfahren nicht auf die Verwendung innerhalb einer bestimmten Vorrichtung beschränkt, gleichzeitig können Vorrichtungen herangezogen werden, die mit einem zylindrischen Spiegelanalysator ausgerüstet sind oder denen man eine Vorrichtung zur Sammlung der Gesamtheit der imitierten Photoelektronen hinzufügt, ausgerüstet evtl. mit einer Verstärkung (z.B. Flachspule einer Mikroröhre).

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Leerseit-e

Claims

Ansprüche :

( Γ.) Verfahren zur Mikroanalyse mittels einer Röntgenstrahlung, "-"' gemäß dem man mit Hilfe eines Bündels von Primärelektronen eine kleine Schicht aus Material, welches die Antikathode bildet, abtastet, um eine Röntgenstrahlung zu erzeugen, die von einer kleinen Schicht aus Konverter-Material empfangen wird, in welcher die Röntgenstrahlung einen Strom von Photoelektronen ins Leben rufen, die der Schicht entspringen und die man einer Intensitätsmessung unterwirft, dadurch gekennzeichnet, daß man von der Intensitätsmessung der Photoelektronen, die in dem Konverter erzeugt werden, der aus einem Material besteht, welches ein einfaches photoelektronisches Spektrum bietet und aus mindestens einem Streifen besteht, mit schwacher Verbindungsenergie, die Eigenschaften der antikathodischen Zone (Ii), die den Strahl auffängt, ableitet, oder die Eigenschaften einer Absorptionsschicht (24), welche zwischen der Antikathode (lla) und dem Konvertermaterial (12a) rechts von der Zone liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Primärelektronen (14) eine Energie niedriger als 20 keV aufweisen, die Antikathode (11 ) eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 10 My und der Konverter (12 ) eine Dicke von weniger als 0,5 My aufweist.
3. Verfahren nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Photoelektronen vor der Intensitätsmessung einer Selektierung nach der Energie unterwirft■·.

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4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Konvertermaterial (12) Kohlenstoff, Bor, Gold oder Lithiumfluorid ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Intensität des Bündels mit einem Sichtgerät synchron mit der Abtastung anzeigt.
6. Verfahren zur Mikroanalyse eines Materials, welches die Antikathode bildet, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bündel der Photoelektronen durch Spektrometrie nach der Energie analysiert, vorzugsweise mit einer entsprechenden energetischen Auflösung von weniger oder

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gleich 10 oder einer vollkommenen Auflösung von besser als 1 eV - was nicht nur die Identifizierung der Elemente ermöglicht, sondern ebenso die Bestimmung des Grades ihrer Oxydation durch die Wirkung der chemischen Verschiebung und dadurch, daß man die Schichtung eines Elementes in der Antikathode von der Intensität des Stromes der Photoelektronen nach der Energiecharakteristik dieses Elementes ableitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5 zur Mikroanalyse einer Abs optionsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß man dieser Schicht eine Dicke gibt, die derjenigen ihrer Absorption von Röntgenstrahlungen (X-Strahlungen), E~P , entspricht und etwa zwischen ΙΟ"-' und 0,9 liegt.

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8. Verfahren nach Anspruch 7 zur Messung der örtlichen Absorption von Röntgenstrahlungen in einer Absorptionsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Antikathode (Ha) aus einem Element bildet, welches derjenigen Konsistenz der Absorptionsschicht (24) in der Klassifikation von Mendeüiev folgt und dadurch, daß man die Photoelektronen ohne Unterscheidung in der Energie sammelt.
9· Verfahrennach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Photoelektronen einer energetischen Analyse mit einer Auflösung in der Größenordnung von 10 eV unterwirft.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5 und 9, bestimmt zur Analyse einer Absorptionsschicht (24), bestehend aus einem biologischen Gefüge, welches Kohlenstoff enthält, Stickstoff und/oder Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Antikathode (Ha) aus Aluminium oder Magnesium benutzt 6 - "
Ho Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Absorptionsschicht hermetisch zwischen der Antikathode (Ha) und der Schicht aus Konvertermaterial (12a) einschließt - Fig. 3-.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5 und 9, bestimmt zur metallurgischen oder mineralurgischen Untersuchung,

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dadurch gekennzeichnet, daß man die Antikathode aus Chrom bildet und dadurch, daß man eine Röntgenstrahlung, entsprechend der Koi*-Strahlung von Chrom benutzt.

13· Vorrichtung zur Mikroanalyse zur Durchfüirung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Röhre aufweist, die das Abtasten einer Scheibe durch ein Bündel von Elektronen einer Energie von ungefähr 20 keV ermöglicht und Mittel zur Messung des Photoelektronenstromes aufweist, die von der Scheibe geliefert werden, ohne oder mit Auswahl nach der Energie, nach Belieben verwendbar zur Analyse der Röntgenemission (Emission X), der Rontgenabsorption (Absorption X), der Rontgenfluoreszenz (Fluoreszenz X), AUGER und ESCA.

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