DE3833341A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der laufzeit von akustischen wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine zugehörige Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.

Elektronische Bauelemente, in denen akustische Oberflächenwellen (im folgenden kurz mit SAW "surface acoustic wave" bezeichnet) durch Wandlerstrukturen auf Kristalloberflächen angeregt und detektiert werden, gewinnen in der Nachrichten- und Hochfrequenztechnik zunehmend an Bedeutung. Ihre Herstellung in Planartechnologie kann sehr genau, gut reproduzierbar und verhältnismäßig preiswert erfolgen und ihr Entwurf ist mit den Methoden des Computer Aided Design (CAD) immer optimierbar. Dennoch ergeben sich für solche Bauelemente häufig nicht tolerierbare Abweichungen zwischen realisiert und geforderter Übertragungsfunktion. Da man die Ursachen dieser Abweichungen durch Messung der Übertragungsfunktion allein nicht erkennen bzw. lokalisieren kann, müssen auch die für ein Wellenfeld an der Oberfläche des Bauelements charakteristischen Parameter, beispielsweise mit Laser oder Elektronensonden, ortsaufgelöst und gemessen werden. Elektronenstrahlmeßverfahren zur stroboskopischen Abbildung der Wellenfronten laufender Oberflächenwellen in modifizierten Rasterelektronenmikroskopen sind beispielsweise auch aus den Artikeln von H. P. Feuerbaum et al. "Visualisation of Travelling Surface Acoustic Waves Using a Scanning Electron Microscope" (SEM, 1980, I, S. 502-509) bzw. "Scanned Electron Beam Probe shows Surface Acoustic Waves in Action" (Electronics, 19. Mai 1983, S. 132-136) bekannt.

Zur Verbesserung des Entwurfs von SAW-Bauelementen müssen immer mehr physikalische Effekte (Kantenreflexion, Beugungseffekte) in den CAD-Modellen berücksichtigt werden. Um festzustellen, welche Effekte das Übertragungsverhalten des SAW-Bauelements am stärksten beeinflussen bzw. zu Bestimmung der Modellparameter, reicht die Abbildung des Wellenfeldes allein nicht mehr aus, so daß zusätzlich Messungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit notwendig werden.

Neben dem Entwurf von SAW-Bauelementen, in denen akustische Oberflächenwellen durch Wandlerstrukturen auf den Kristalloberflächen erzeugt werden, ist die Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit auch für die Entwicklung von SAW-Bauelementen von Bedeutung, bei denen die Halbleiterstrukturen keine piezoelektrischen Eigenschaften aufweisen. Hierbei sei beispielsweise auf die Integration von SAW-Bauelementen mit herkömmlichen integrierten Schaltungen verwiesen, da die meisten Halbleiter mit gewissen Ausnahmen, wie Galliumarsenid (GaAs), keine piezoelektrischen Eigenschaften aufweisen. Die Oberflächenwellen können dann auch in anderen Materialien und auf eine andere Weise angeregt werden, wie beispielsweise akustooptisch oder über sogenannte Transducer.

Die Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der oben angeführten Wellenfelder läßt sich beispielsweise durch eine Impuls-Laufzeit-Messung mit der Elektronensonde nach der Patentanmeldung P 35 28 380.7 (= VPA 84 P 1511 DE) durchführen. Dieses Verfahren wurde jedoch hauptsächlich zur Untersuchung von Reflexionen entwickelt und erfordert eine relativ aufwendige Meßanordnung und lange Meßzeit.

Die Entwicklung der SAW-Bauelemente sind nicht die einzigen Anwendungsfälle, in denen die Messung der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit von hoher Bedeutung ist. Neben der eingangs bereits erwähnten Elektronenstrahl- und Laserstrahlmeßtechnik ist hierbei auch die Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Röntgenstrahlen oder von Oberflächenwellen durch mechanische Sonden anzugeben.

Bei den Elektronenstrahlmeßverfahren spielt für die Detektion das begleitende elektrische Feld mit Hilfe des Potentialkontrasteffekts eine Rolle. Benutzt man andere Detektionstechniken, ist ein elektrisches Feld nicht erforderlich, sondern es können direkt mechanische Eigenschaften der Wellen gemessen werden. Dies gilt insbesondere für die Lasermeßverfahren, hierbei dürfte die Erzeugung von Photoelektronen wegen der hohen Austrittsarbeit der meisten Materialien nur eine geringe Rolle spielen.

Messungen an Oberflächenwellen mit Hilfe der Lasersonde sind beispielsweise in den Veröffentlichungen von H. Engan: IEEE "Transactions on sonics and ultrasonics - 29", 1982 ab Seite 281 und IEEE "Transactions on sonics and ultrasonics - 25", 1978, ab Seite 372 beschrieben. Hierin wird die Reflexion an Oberflächenwellen untersucht, die Oberflächenwelle verändert dabei den Ausfallswinkel des Laserstrahls. Weitere Möglichkeiten mit Hilfe der Lasersonde bieten Messungen im Transmissionsbetrieb. Die Welle verändert hierbei die Absorption, den Brechungsindex oder die Polarisation des Strahls (siehe hierzu auch G. I. Stegmann: Optical probing of surface waves and surface wave devices, IEEE "Transactions on sonics and ultrasonics SU-23", 1976, ab Seite 33).

Zur Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit durch Messung mechanischer Eigenschaften der Wellen sei weiterhin auf den Bereich der Röntgenstrahlen verwiesen. Als mechanische Eigenschaften der Welle kann hierbei die Änderung des Kristallgitters (Verzerrung) durch Oberflächenwellen angesehen werden (siehe hierzu R. W. Whatmore, B. K. Tanner, C. F. Clark "Direct imaging of travelling Rayleigh waves by stroboscopic x-ray topograph, Nature, 1982, ab Seite 44).

Schließlich sei noch auf die Änderung der kapazitiven Kopplung durch Oberflächenwellen im Bereich der mechanischen Sonden hingewiesen, die beispielsweise in den von B. A. Richardson, G. S. Kino "Probing of elastic surface waves in piezoelectric media", verfaßten Appl. Phys. Lett. 16, 1970, ab Seite 82 beschrieben wird.

In allen den obengenannten Gebieten ist eine Messung der Laufzeit von akustischen Wellen und damit eine Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von hoher Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die Laufzeit von akustischen Wellen der eingangs erwähnten Art sehr schnell, mit guter Ortsauflösung und hoher Empfindlichkeit gemessen und aufgezeichnet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und mit einer Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere in einer einfachen Realisierung der Meßvorrichtung. Die zur Laufzeitmessung erforderlichen Wellen wie Oberflächenwellen können z. B. mit Hilfe eines Interdigitalwandlers, eines gepulsten Elektronenstrahls oder auch photoakustisch mit Hilfe eines gepulsten Lasers erzeugt werden. Aus der Laufzeit der Oberflächenwelle zwischen zwei mit einem bekannten Abstand voneinander entfernter Meßpunkte läßt sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwelle errechnen. Neben der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Oberflächenwellen ist es auch bei Volumenwellen oder ganz allgemein bei akustischen Wellen einsetzbar.

Die Ansprüche 2 bis 8 sind auf eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Ansprüche 9 bis 18 auf eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen für Oberflächenwellen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung des Verfahrens, wobei in diesem Falle Anregungsort und Meßort 1 der Oberflächenwelle zusammenfallen, zur Detektion und Demodulation eine Partikelsonde eingesetzt wird und die Anregung der Oberflächenwellen auf einem piezoelektrischen Kristall mit Hilfe eines Interdigitalwandlers erfolgt,

Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von Oberflächenwellen, bei der die Anregung der Oberflächenwellen durch einen Interdigitalwandler und die Detektion mit Hilfe einer Elektronensonde vorgenommen wird,

Fig. 3 eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von Oberflächenwellen, bei der die Anregung durch eine Sonde und die Detektion über einen Interdigitalwandler erfolgt, und

Fig. 4 eine dritte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von Oberflächenwellen, bei der die Anregung über einen Interdigitalwandler und die Detektion mit einem Laserstrahl vorgenommen wird.

In Fig. 1 sind die beiden Meßpunkte auf der Probenoberfläche mit den Bezugszeichen 1 und 2 versehen, der Anregungsort der Oberflächenwelle fällt in Fig. 1 ausnahmsweise mit dem Meßpunkt 1 zusammen. Dies ist nicht zwingend, so daß prinzipiell bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der Probenoberfläche drei Punkte (der Anregungsort der Oberflächenwelle sowie zwei zugehörige Meßpunkte) unterschieden werden müssen. Am Anregungsort wird die Oberflächenwelle mit der Frequenz f _OFW, die durch die zeitliche Funktion f₀(t) charakterisiert wird, mit einer zeitabhängigen Funktion f₁(t) amplitudenmoduliert wird. Entscheidend für das Verfahren ist nur, daß die Oberflächenwellen amplitudenmoduliert werden, und zwar mit einer charakteristischen Funktion. Ob diese Modulation sinusförmig oder nach einer anderen Modulationsfunktion erfolgt, ist für das Prinzip des Verfahrens unwesentlich und lediglich eine Frage der technischen Durchführung. Im allgemeinen läßt sich eben eine sinusförmige Modulation besonders einfach erreichen. Ebenso wäre aber auch eine Modulation mit einer pn-Folge (pn = pseudo noise) möglich. Dies hätte sogar den Vorteil, daß die Periode dann beliebig lang wählbar wäre und somit die potentielle Mehrdeutigkeit der Messung ausgeschaltet werden könnte. Bei der Verwendung einer pn-Folge als Modulationsfunktion ist der Einsatz eines Korrelators als "Phasendetektor" besonders sinnvoll.

Die zeitliche Funktion f₀(t) bzw. h₁(t) beschreibt eine für die Oberflächenwelle charakteristische Eigenschaft, also beispielsweise die Auslenkung der Kristallatome an der Oberfläche oder - bei einem piezoelektrischen Material - das durch die Oberflächenwelle hervorgerufene elektrische Potential. Die zeitabhängige Funktion g₁(t) mit einer Frequenz f _m läßt sich beispielsweise beschrieben zu

g₁(t) = B · cos (2 π f _m · t),

während die zeitliche Funktion f₀(t) der Oberflächenwelle sich darstellen läßt als

f₀(t) = A · cos (2 π · f _OFW · t)

Zur Vereinfachung der Darstellung wurden dabei ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Nullphasenwinkel gleich Null gesetzt. Die modulierte Oberflächenwelle h₁(t), die am Anregungsort (in diesem Falle am Meßpunkt 1) der Probenoberfläche angeregt wird, läßt sich als ein Multiplikationsprodukt aus g₁(t) und f₀(t) beschreiben und ergibt sich zu

h₁(t) = C · cos (2 π f _OFW · t) · cos (2 π f _m · t).

Auf diese Art und Weise wird also eine amplitudenmodulierte Welle auf der Obefläche erzeugt. An einem zweiten in einem bekannten Abstand vom Anregungsort befindlichen Meßpunkt 2 kann die modulierte Oberflächenwelle wieder detektiert werden. Aufgrund des räumlichen Abstandes zwischen dem Meßpunkt 1 und 2 benötigt die modulierte Oberflächenwelle eine Zeit τ, um ausgehend vom Meßpunkt 1 den Meßpunkt 2 zu erreichen. Daher läßt sich die modulierte Oberflächenwelle am Meßpunk 2 beschreiben zu

h₂(t) = C′ · cos (2 π f _OFW · (t-t)) · cos (2 π f _m (t-τ)).

Die Oberflächenwelle h₂(t) wird am Meßpunkt 2 detektiert und danach demoduliert. Die Demodulation kann dabei z. B. durch Multiplikation mit der Trägerfrequenz der Oberflächenwelle mit der Funktion

f₀′(t) = A′ · cos (2 π f _OFW · t)

erfolgen. In diesem Fall erhält man nach dem bekannten Additionstheorem

cos a · cos β = 1/2 cos (α-β) + cos (α+β)

als Ergebnis der Multiplikation die Modulationsfunktion g₂(t)

g₂(t) = B′ · cos [2 π f _m (t-τ)] ∼ g₁(t-τ)

sowie eine hochfrequente Komponente bei der Frequenz 2 · f _OFW, die aber leicht durch die Tiefpaßfilterung eliminiert werden kann.

Anschließend wird die Phasendifferenz Δϕ zwischen den beiden Funktionen g₁(t) und g₂(t) ermittelt zu

Δϕ = |ϕ1-ϕ2| = |2 π · f _m · t-(2 π f _m (t-t))| = |2 π · f _m · τ|.

Mit Hilfe der ermittelten Phasendifferenz Δϕ, dem bekannten Abstand der zwei Meßpunkte und aus der Kenntnis der Frequenz f _m läßt sich die Laufzeit τ der Oberflächenwelle errechnen zu τ = Δϕ/2 π · f _m. Aus der Laufzeit τ wiederum läßt sich mit Hilfe des Abstandes der Meßpunkte voneinander die Ausbreitungsgeschwindigkeit v aus dem Quotienten des Abstandes der Meßpunkte und der Laufzeit t bestimmen.

Die Erzeugung der Oberflächwelle am Meßpunkt 1 kann z. B. mit Hilfe eines Digitalwandlers oder auch über einen Elektronenstrahl oder Laserstrahl erfolgen.

(Zur Erzeugung von Oberflächenwellen mit einem Elektronenstrahl siehe beispielsweise K. Jamonouchi et al.: "Exiting of surface acoustic waves using electron acoustic microscope", Jap. Jounr. of Appl. Physics, 23, 1984, S. 191-193 sowie H. P. Feuerbaum et al.: "Examination of surface acoustic wave components using a scanning electron microscope", SEM 1983/I, S. 55-63). Bei der Amplitudenmodulation nutzt man die Tatsache aus, daß innerhalb eines hinreichend kleinen Frequenzbereichs die Ausbreitung der Oberflächenwelle auf Kristallen immer dispersionsfrei erfolgt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß Dispersion die Übertragung eines modulierten Signals nicht immer zwangsläufig beeinträchtigen muß. Dies ist im wesentlichen eine Frage des Frequenzbereiches, in dem man arbeitet. Unter Umständen kann es genügen, wenn die Wellenausbreitung in einem kleinen Frequenzbereich dispersionsfrei erfolgt. Bei einer sinusförmigen Amplitudenmodulation beispielsweise wird zur Übertragung des modulierten Signals der Frequenzbereich f _OFW-f _m bis f _OFW+f _m benötigt. Durch entsprechende Wahl der Modulationsfrequenz f _m läßt sich dieser Bereich im Prinzip beliebig verkleinern (wenn man Nachteile bezüglich Meßzeit und Genauigkeit in Kauf nimmt) und somit die Forderung nach "lokaler" Dispersionsfreiheit immer erfüllen.

Es handelt sich bei diesen Meßverfahren um eine Art interferometrischer Messung, die aber nicht auf der Wellenlänge der Trägerfrequenz der Oberflächenwelle OFW, sondern auf der Modulationswellenlänge arbeitet. Wie bei jeder interferometrischen Messung ist das Meßergebnis potentiell mehrdeutig (nämlich nur auf ein Vielfaches von 2 π bestimmt). Um diese Mehrdeutigkeit auszuschalten, sollte zunächst eine Grobmessung mit kleiner Modulationsfrequenz durchgeführt und dann die Modulationsfrequenz schrittweise erhöht werden. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit kann die Phasendetektion bei diesem Verfahren auch durch eine Verschiebung der Phase der Elektronensonde oder der Phase der Oberflächenwellen erfolgen. Hierbei sei auch auf die Patentanmeldung P 37 32 448.9 (= VPA 87 P 8088) sowie auf die Patentanmeldung P 37 32 447.0 (= VPA 87 P 8089) hingewiesen. In der erstgenannten Patentanmeldung wird ein modulierter, in der zuletzt genannten Patentanmeldung ein unmodulierter Korpuskularstrahl zur Phasenmessung von Signalen an einem Meßpunkt eingesetzt. Mit Hilfe einer Rückkopplung wird innerhalb der Auswerteschaltung ein Phasendetektor in einem linearen Bereich seiner Ausgangskennlinie betrieben. Hierdurch wird es ermöglicht, die Phase von Signalen an einem Meßpunkt schnell und sehr genau zu messen.

In den folgenden Figuren werden Vorrichtungen beschrieben, welche nach den oben angegebenen Verfahren die Laufzeit τ der Oberflächenwelle zwischen zwei Meßpunkten ermitteln. Wichtig bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es keineswegs erforderlich ist, daß die Oberflächenwellen mit einem Primärstrahl detektiert werden. Bei Wellen gilt im allgemeinen ein Reziprozitätsgesetz, d. h. Erzeugung und Detektion der Welle können vertauscht werden, ohne den Vorgang zu ändern. Beispielsweise ist es möglich, die Oberflächenwellen durch einen Interdigitalwandler und die Detektion mit Hilfe einer Elektronensonde vorzunehmen (siehe Fig. 2) oder mit einem Laser- bzw. Elektronenstrahl die Oberflächenwellen photo- bzw. elektroakustisch zu erzeugen und zu modulieren (die Modulation geschieht durch eine entsprechende Modulation des Primärstrahls). Detektiert werden können die Wellen dann mit einem herkömmlichen Interdigitalwandler (siehe Fig. 3). Das elektrische Ausgangssignal des Interdigitalwandlers kann dann in bekannter Weise demoduliert und ausgewertet werden.

Allen drei nachfolgenden erfindungsgemäßen Vorrichtungen (Fig. 2 bis Fig. 4) ist gemeinsam, die Wellen mit einer charakteristischen Funktion zu modulieren, dann an zwei Meßpunkten in bekanntem Abstand zu messen, zu demodulieren und die so gewonnenen charakteristischen Funktionen zeitlich zu vergleichen und daraus dann die Laufzeit bzw. Ausbreitungsgeschwindigkeit zu ermitteln. Dabei kann insbesondere der erste Meßpunkt mit dem Ort der Erzeugung zusammenfallen und wird dies in der Regel auch tun, da man ja gewöhnlich den Modulationsverlauf an diesem Ort kennen wird. Wie die Messung bzw. Demodulation an dem oder den Meßpunkt erfolgt, ist für das Prinzip des Verfahrens unwesentlich. Daß man dabei die Demodulation durch Ausnutzung eines modulierten Primärstrahls, wie nach der Vorrichtung Fig. 2, vornehmen kann, ist eine mögliche wichtige Ausgestaltung. Dies bietet sich bei der Elektronenstrahlmeßtechnik an, weil dort die Detektion nur eine geringe Bandbreite besitzen. Dagegen stehen für Lichtstrahlen teilweise recht schnelle Detektoren (bis in den GHz-Bereich mit Photodioden) zur Verfügung. Hiermit kann man, wie in der Vorrichtung nach Fig. 4 gezeigt, das Oberflächenwellensignal detektieren und dann das detektierte Signal ganz herkömmlich demodulieren. Eine Demodulation mit dem Laserstrahl würde hier unter Umständen einen erheblich vergrößerten Aufwand bedeuten.

In der Vorrichtung nach Fig. 2 wird zur Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und damit der Laufzeit τ einer akustischen Oberflächenwelle zwischen zwei, beispielsweise auf der Oberfläche eines SAW-Bauelements OWB liegenden Meßpunkten ein sog. "interdigital transducer", im folgenden kurz mit IDT bezeichnet, zur Abstrahlung von akustischen Oberflächenwellen veranlaßt. Dies geschieht mit Hilfe eines Signalgenerators SG und eines Modulationsgenerators MG, die gemeinsam über einen Amplitudenmodulator mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker LV den IDT mit einer amplitudenmodulierten Funktion

h₁(t) = C · cos (2 π · f _OFW · t) · cos (2 π f _m · t)

zur Abstrahlung entsprechend modulierter Oberflächenwellen anregen. Der Signalgenerator SG gibt hierbei ein sinusförmiges Signal f₀(t) mit einer Frequenz f _OFW ab, während der Modulationsgenerator MG ein sinusförmiges Signal g₁(t) mit der Modulationsfrequenz f _m liefert. Im einzelnen ist der Ausgang des Signalgenerators Sg über einen ersten Eingang mit dem AM-Modulator AM und der Ausgang des Modulationsgenerators MG über einen zweiten Eingang mit dem Amplitudenmodulator AM verschaltet. Weiterhin ist der Ausgang des Amplitudenmodulators über einen zwischengeschalteten Leistungsverstärker LV mit dem IDT verbunden. Als Amplitudenmodulator kann in dem Fachmann bekannter Weise ein Mischer oder ein PIN-Dioden-Modulator eingesetzt werden. Die an den Metallelektroden des Wandlers IDT anliegende Wechselspannung führt über den piezoelektrischen Effekt zu periodischen Deformationen der Kristalloberfläche, die sich dann als akustische Wellen mit Geschwindigkeiten zwischen etwa 3000 m/s und 4000 m/s über das SAW-Bauelement OWB ausbreiten. Die Welle dringt bis zu einer Tiefe von etwa einer Wellenlänge in den Kristall ein, wobei die Deformation der Oberfläche im Bereich zwischen 0,1 und 10 Angström liegt. Dabei führt die elektromechanische Kopplung wieder über den piezoelektrischen Effekt zu lokalen Oberflächenpotentialen, die in einem Empfangswandler detektiert oder mit einem Elektronenstrahl PE abgetastet werden können. Die periodisch angeregten Oberflächenwellen breiten sich mit einer festen Geschwindigkeit über das Bauelement OWB aus und erzeugen nach der Laufzeit τ an den in Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen liegenden Punkten der Kristalloberfläche ein zeitabhängiges elektrisches Potential, das mit einer Zeitfunktion

h₂(t) = C′ · cos (2 π f _OFW · (t-τ)) · cos (2 π f _m (t-τ))

beschrieben werden kann.

Am zweiten Meßpunkt ist es nun möglich, die dort eintreffenden Oberflächenwellen zu detektieren und zu demodulieren. Im hier beschriebenen Beispiel erfolgt Detektion und Demodulation zugleich unter Ausnutzung der Potentialkontrasteffektes mit Hilfe eines Primärelektronenstrahls. Dieser feingebündelte Primärelektronenstrahl PE wird vorzugsweise in der elektronenoptischen Säule eines modifizierten Rasterelektronenmikroskops erzeugt, die im wesentlichen eine aus Kathode, Wehnelt-Zylinder und Anode bestehende Elektronenkanone EG, ein schnelles Strahlmodulationssystem BBS und eine Reihe weiterer in Fig. 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellter magnetischer Linsen zur Strahlformung und Fokussierung des Primärelektronenstrahls PE aufweist (als Grundgerät für eine solche Vorrichtung kann beispielsweise ein Rasterelektronenmikroskop verwendet werden, wie es aus den US-Patentschriften mit den Nummern 42 20 853 bzw. 42 20 854 oder aus 42 77 679 für eine quantitative Potentialmessung und aus der US-Patentschrift 42 23 220 für eine qualitative Potentialmessung bekannt ist). Zur Ansteuerung des schnellen Strahlmodulationssystems BBS ist dieses über einen Beamblanking Generator BBG mit dem Ausgang des Signalgenerators SG verbunden. Der Beamblanking-Generator BBG sowie das schnelle Modulationssystem BBS können zu einem Modulationssystem AS zusammengefaßt werden. Über den Beamblanking-Generator und das schnelle Strahlaustastsystem BBS wird der Primärelektronenstrahl PE mit der Frequenz der Oberflächenwelle f _OFW (intensitäts-)moduliert und kann so zur Demodulation der Oberflächenwelle am Meßpunkt eingesetzt werden.

Die am jeweiligen Meßpunkt von den Primärelektronen PE im piezoelektrischen Kristall erzeugten Sekundärelektronen SE treten durch dessen Oberfläche aus und werden durch das Potential der Oberflächenwelle beeinflußt. Dadurch kehrt ein Teil der Sekundärelektronen SE zur Oberfläche zurück. Auf diese Weise wird der Sekundärelektronenstrom durch die Oberflächenwelle beeinflußt. Diesen Effekt bezeichnet man als Potentialkontrast. Eine genauere Beschreibung des Potentialkontrasteffekts findet man in den folgenden Veröffentlichungen: H. P. Feuerbaum et al.: Scanned electron beam probe shows surface acoustic waves in action", Electronics, 19. Mai 1983, S. 132-139 sowie H. D. Brust: "Laufzeit- und Amplituden-Messung an Pulspaketen akustischer Oberflächenwellen mit der Elektronensonde", Beitr. elektronenmikroskop. Direktabb. Oberfl. 18, 1985, S. 43-54.

Die Sekundärelektronen SE werden über eine Absaugspannung in Richtung des beispielsweise aus Kollektor, Szintillator und Lichtleiters bestehenden Detektors beschleunigt. Der Detektor DT ist Teil einer Auswerteeinheit AE, die zusätzlich einen Photomultiplier mit nachgeschaltetem Vorverstärker und Bandpaß BP enthält. Der im Detektor DT nachweisbare und aufgrund des Potentialkontrastes in seiner Höhe in Abhängigkeit von dem am Meßpunkt anliegenden Potential schwankende Sekundärelektronenstrom wird anschließend in dem Photomultiplier PM in ein elektrisches Signal (Potentialkontrastsignal) umgewandelt und in einem nachgeschalteten Vorverstärker VV verstärkt. Aufgrund der durchgeführten Modulation und Demodulation enthält das Signal der erzeugten Sekundärelektronen SE folgende zeitliche Anteile (die Amplituden der einzelnen Komponenten sind hierbei für das Verständnis der Verfahren unerheblich und werden daher nicht angegeben)

cos (2 π · 2f _OFW (t-τ)) · cos (2 π f _m · (t-τ)),
cos (2 π · (f _OFW+f _m) · (t-τ) · cos (2 π f _OFW · (t-τ)),
cos (2 π (f _OFW-f _m) · (t-τ) · cos (2 π f _OFW · (t-τ)) und
cos (2 π f _m · (t-τ)).

Diese zeitlichen Anteile, die, sofern sie überhaupt vom Detektor übertragen werden können, was bei den sehr hochfrequenten Komponenten im allgemeinen nicht der Fall sein wird, können auch am Ausgang des Vorverstärkers VV auftreten, und es wird hieraus der Anteil mit der Frequenz f _m durch einen dem Vorverstärker VV nachgeschalteten Bandpaßfilter BP mit den Mittenfrequenz f _m ausgefiltert der das Signal g₂(t) bildet. Der Ausgang des Bandpaßfiltes BP bildet dabei ebenfalls den Ausgang der Auswerteeinheit AE.

Zur Messung der Laufzeit τ bzw. der Laufzeitgeschwindigkeit der Oberflächenwelle ist, wie bereits in der Fig. 1 angegeben, die Messung der Phasendifferenz zwischen den beiden Funktionen g₁(t) und g₂(t) nötig. Diese Messung wird innerhalb des Phasendetektors PD durchgeführt, dessen erster Eingang mit dem Ausgang der Auswerteeinheit AE und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Modulationsgenerators MG verschaltet ist. Am Ausgang des Phasendetektors ist es nun möglich, bei vorgegebener Modulationsfrequenz f _m die Phasendifferenz Δϕ zu messen und daraus die Laufzeit der Oberflächenwelle τ zu bestimmen. Ist der Abstand des Entstehungsorts der Oberflächenwelle und des Meßorts bekannt, so berechnet sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen auf dem Kristall unmittelbar aus dem durch Meßpunktabstand und Laufzeit τ gebildeten Quotienten.

Will man die Modulationsfrequenz f _m variabel halten, etwa um potentielle Mehrdeutigkeiten der Phasenmessung sicher ausschließen zu können, so muß auch die Mittelfrequenz des Bandpasses BP variabel sein. In diesem Fall wird man einen Ausgang des Modulationsgenerators MG mit einem Steuereingang des Bandpasses BP zur Steuerung der Mittenfrequenz verbinden. Verwendet man als Phasendetektor PD einen Synchrongleichrichter oder einen Lock-in-Verstärker, so kann man auch ganz auf den Bandpaß BP verzichten. Die Mittenfrequenz ist in diesem Fall ganz automatisch variabel, da sie durch die dem Phasendetektor zugeführte Modulationsfrequenz f _m bestimmt wird.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von Oberflächenwellen, bei der die Anregung durch eine Sonde (mittels Laser- oder Elektronenstrahl) und die Detektion über einen Interdigitalwandler IDT erfolgt. Werden hierbei im folgenden gleiche Vorrichtungsteile wie in Fig. 2 verwendet, so sind diese auch mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Oberflächenwellen werden in diesem Fall durch eine entsprechend modulierte Sonde erzeugt und amplitudenmoduliert. Dies kann beispielsweise durch eine elektronenoptische Säule eines Rasterelektronenmikroskops (wie in Fig. 2) realisiert werden, die im wesentlichen eine aus Kathode, Wehnelt-Zylinder und Anode bestehende Elektronenkanone EG (im Falle, daß Elektronenstrahlen zur Anregung der Oberflächen eingesetzt werden), ein bzw. zwei Strahlmodulationssysteme BBS, BBS′, (Realisierungen beispielsweise durch eine Pockels- oder Braggzelle), sowie weitere nicht dargestellte magnetische Linsen enthält. Lediglich ein Strahlmodulationssystem, in diesem Falle BBS, ist erforderlich, falls die Modulation mit der Träger- und Modulationsfrequenz gemeinsam erfolgen soll. Bei einer gewünschten getrennten Modulation von Träger- und Modulationsfrequenz wird in den Strahlengang ein zweites (langsames) Strahlmodulationssystem BBS′ zusätzlich eingebracht. Im ersten Falle wird das Strahlmodulationssystem BBS mit eines Signalgenerators SG und eines Modulationsgenerators MG, die gemeinsam über einen Amplitudenmodulator AM mit dem Strahlmodulationssystem BBS verbunden sind, mit einer amplitudenmodulierten Funktion

h₁(t) = C · cos (2 π f _OFW · t) · cos (2 π f _m (t)

angeregt. Im zweiten Fall wird der Signalgenerator SG an das erste Strahlmodulationssystem BBS und der Modulationsgenerator MG an das zweite Strahlmodulationssystem BBS′ angeschlossen. In beiden Fällen gibt der Signalgenerator SG ein sinusförmiges Signal mit einer Frequenz f _OFW ab, während der Modulationsgenerator MG ein sinusförmiges Signal g₁(t) mit der Modulationsfrequenz f _m liefert.

Durch das Auftreffen des amplitudenmodulierten Strahls werden auf dem SAW-Bauelement OWB Oberflächenwellen angeregt, breiten sich auf diesem aus und erreichen nach einer Laufzeit τ den "interdigital transducer" IDT, der in diesem Falle als Detektor eingesetzt wird. Die periodisch mit Hilfe des amplitudenmodulierten Strahls angeregten Oberflächenwellen erzeugen an den in Ausbreitungsrichtung liegenden Punkten der Kristalloberfläche des SAW-Bauelements ein zeitabhängiges elektrisches Potential, mit der Zeitfunktion

h₂(t) = C′ cos (2 π f _OFW (t-τ) · cos (2 f f _m (t-τ)).

Ein anschließend über den IDT detektiertes Signal wird zur weiteren Verstärkung und Demodulation einer Auswerteeinheit AE′ zugeführt. Diese enthält einen Vorverstärker mit nachgeschaltetem Amplitudendemodulator AMD und ein Bandpaßfilter BP mit der Mittenfrequenz f _m. Nach der Verstärkung des detektierten Signals im Vorverstärker wird das detektierte Signal im Amplitudendemodulator AMD, der beispielsweise durch eine Mischstufe realisiert sein kann, demoduliert. Darüber hinaus ist der Amplitudendemodulator AMD mit dem Ausgang des Signalgenerators SG verschaltet und erhält von dort zur Demodulation ein Signal der Frequenz f _OFW. Wie in der Vorrichtung nach Fig. 2 enthält das demodulierte Signal eine Anzahl zeitlicher Anteile, von denen der Anteil mit der Frequenz f _m durch den dem Amplitudendemodulator nachgeschalteten Bandpaßfilter ausgefiltert wird. Dieser ausgefilterte Anteil bildet dabei das Signal g₂(t).

Zur Messung der Laufzeit ist abschließend, wie in der Vorrichtung nach Fig. 2 ein Phasendetektor PD vorhanden, dessen erster Eingang mit dem Ausgang der Auswerteeinheit AE′ und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Modulationsgenerators MG verschaltet ist. Am Ausgang des Phasendetektors ist es nun möglich, bei vorgegebener Modulationsfrequenz f _m die Phasendifferenz Δϕ zu messen, daraus die Laufzeit der Oberflächenwellen τ und anschließend ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit zu bestimmen.

Fig. 4 zeigt eine dritte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von Oberflächenwellen, bei der die Anregung über einen Interdigitalwandler IDT und die Detektion mit Hilfe eines Laserstrahls vorgenommen wird. Bei gleichen Vorrichtungsteilen finden hierbei wieder die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 Verwendung.

Die Ansteuerung des Interdigitalwandlers IDT erfolgt im wesentlichen wie in der Vorrichtung nach Fig. 2. Der Signalgenerator SG und der Modulationsgenerator MG sind gemeinsam über einen Amplitudenmodulator AM mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker LV mit dem Interdigitalwandler IDT verbunden. Wiederum liefert der Signalgenerator SG ein sinusförmiges Signal f₀(t) mit der f _OFW und der Modulationsgenerator MG ein sinusförmiges Signal g₁(t) mit der Modulationsfrequenz f _m. Der Interdigitalwandler IDT wird so mit einer amplitudenmodulierten Funktion

h₁(t) = C · cos (2 π f _OFW · t) cos (2 π f _m · t)

zur Abstrahlung entsprechend modulierter Oberflächenwellen angeregt. Die so angeregten Oberflächenwellen breiten sich ebenso wie in der Beschreibung zu Fig. 2 beschrieben, mit einer festen Geschwindigkeit über das Bauelement OWB aus und erzeugen nach der Laufzeit τ an Punkten auf der Kristalloberfläche ein zeitabhängiges elektrisches Potential nach der Zeitfunktion

h₂(t) = C′ cos (2 π f _OFW (t-τ) · cos (2 π f _m (t-τ)).

Am zweiten Meßpunkt (der erste Meßpunkt fällt in diesem Falle wieder mit dem Anregungsort zusammen) ist es möglich, die eintreffenden Oberflächenwellen mit Hilfe eines Laserstrahls direkt zu detektieren. Der Laserstrahl wird durch eine Laseranordnung LA erzeugt und auf den zweiten Meßpunkt gerichtet. Ein am jeweiligen Meßpunkt vom Laserstrahl im piezoelektrischen Kristall erzeugter sekundärer Strahl tritt durch dessen Oberfläche aus und wird durch das Potential der Oberflächenwelle beeinflußt.

Der sekundäre Strahl wird mit Hilfe eines schnellen Detektors DT (Photodetektor), der auch Signalanteile der Frequenz f _OFW übertragen muß, nachgewiesen. Der Photodetektor PD ist Teil einer Auswerteeinheit AE′′, die zusätzlich Vorverstärker VV mit nachgeschaltetem Amplitudendemodulator AMD und ein Bandpaßfilter BP enthält.

Das vom Photodetektor PD abgegebene Signal wird über den Vorverstärker VV verstärkt und dem Amplitudendemodulator AMD zur Demodulation zugeführt. Der Amplitudendemodulator AMD kann ebenfalls wie in der Vorrichtung nach Fig. 2 durch eine Mischstufe aufgebaut werden. Weiterhin ist der Amplitudendemodulator AMD mit dem Signalgenerator SG verbunden, der dem Amplitudendemodulator zur Demodulation ein Signal mit der Frequenz f _OFW liefert. Aufgrund der vorher stattgefundenen Modulation sowie der Demodulation enthält das Signal am Ausgang des Amplitudendemodulators AMD eine Vielzahl von zeitlichen Anteilen (wie bei den Vorrichtungen Fig. 2 und Fig. 3). Aus diesen zeitlichen Anteilen wird der Anteil mit der Frequenz f _m ausgefiltert, über einen dem Amplitudendemodulator AMD nachgeschaltete Bandpaßfilter BP mit der Mittenfrequenz f _m. Der Ausgang des Bandpaßfilters BP, der dann ein Signal g₂(t) liefert, bildet ebenfalls den Ausgang der Auswerteeinheit AE′′. Ein Phasendetektor PD dient abschließend zur Messung der Phasendifferenz zwischen den beiden Funktionen g₁(t) und g₂(t).

Ein erster Eingang des Phasendetektors ist daher mit dem Ausgang des Phasendetektors PD und ein zweiter Eingang desselbigen mit dem Ausgang des Modulationsgenerators MG verschaltet. Am Ausgang des Phasendetektors PD ist dann ebenfalls möglich, bei vorgegebener Modulationsfrequenz f _m die Phasendifferenz Δϕ zu messen.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß prinzipiell beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Laufzeitmessung zwei Möglichkeiten denkbar sind:

• a) Der Anregungsort fällt nicht mit einem der Meßpunkte zusammen. Die Oberflächenwellen werden an dem Anregungsort erzeugt, beispielsweise mit einem Interdigitalwandler und eine Sonde wird sequentiell auf die Meßpunkte ausgerichtet. Anschließend wird die Phasendifferenz der beiden Messungen gebildet. Dazu ist im allgemeinen bei den Einzelmessungen eine Phasenmessung jeweils gegen eine feste Referenzphase (z. B. vom Modulationsgenerator abgeleitet) erforderlich. Selbstverständlich kann die gesamte Anordnung nach dem Reziprozitätsprinzip auch umgedreht werden. Dann hat man eine feste Detektionsstelle, aber zwei Anregungsorte, auf die die Sonde ausgerichtet werden muß.
• b) Der Anregungsort fällt mit einem der Meßpunkte zusammen. Befindet sich in bekannter Entfernung vom Ort der Anregung der Oberflächenwelle eine Reflexionsstelle, so kann der zweite Meßpunkt "virtuell" durch die Reflexionsstelle erzeugt werden. Falls keine Reflexionsstelle vorhanden ist, muß der zweite Meßpunkt in einer bekannten Entfernung vom Anregungsort und damit vom ersten Meßpunkt selbst festgelegt werden. Im ersten Fall muß die Sonde zwischen der Anregung und Detektion umgeschaltet und bei der Auswertung ein eventueller Phasensprung an der Reflexionsstelle berücksichtigt werden, im zweiten Fall muß die Sonde umpositioniert werden.

Claims (18)

1. Verfahren zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen, bei dem man auf der Oberfläche einer Probe (QWB) an einem Anregungspunkt (1) akustische Wellen anregt, daß sich die ausbreitenden akustischen Wellen an mindestens einem ersten Meßpunkt abgetastet und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Signal (f₀(t)) mit einer Trägerfrequenz (f _OFW) mit einem zweiten Signal (g₁(t)) mit einer Modulationsfrequenz (f _m) amplitudenmoduliert wird und ein amplitudenmoduliertes Signal gebildet wird, daß die akustischen Wellen an dem Anregungspunkt mit dem amplitudenmodulierten Signal angeregt werden, die sich über einen ersten und zweiten Meßpunkt als amplitudenmoduliertes Signal fortpflanzen, daß jeweils an dem ersten und zweiten Meßpunkt ein Signalanteil mit der Modulationsfrequenz (f _m) demoduliert, ausgefiltert und miteinander verglichen werden, daß aus dem Vergleich eine Phasendifferenz ermittelt und auf eine gewählte Bezugsphase bezogen wird und daß die bezogene Phasendifferenz bei fester Modulationsfrequenz proportional zur Laufzeit der akustischen Welle zwischen dem ersten und zweiten Meßpunkt auf der Oberfläche der Probe (QWB) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Reflexionsstelle in bekannter Entfernung vom ersten Meßpunkt auf der Oberfläche der Probe der erste und zweite Meßpunkt auf der Oberfläche der Probe übereinstimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Wellen akustische Oberflächenwellen sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anregungspunkt (1) mit dem ersten Meßpunkt zusammenfällt, daß sich die akustischen Wellen über den zweiten Meßpunkt (2) fortpflanzen, daß der an dem zweiten Meßpunkt (2) detektierte, demodulierte und ausgefilterte Signalanteil (g₂(t)) mit der Modulationsfrequenz (f _m) mit dem zweiten Signal (g₁(t)) verglichen wird und daß aus dem Vergleich die Phasendifferenz ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation mit Hilfe eines Amplitudenmodulators und die Anregung der akustischen Wellen mit einem Interdigitalwandler erfolgt, daß ein die akustische Welle begleitendes lokales elektrisches Feld an dem ersten und zweiten Meßpunkt mit Hilfe eines auf der ersten und zweiten Meßpunkt gerichteten und mit der Trägerfrequenz (f _OFW) des ersten Signals (f₀(t)) gepulsten Korpuskularstrahls detektiert und demoduliert wird, daß aus dem hierdurch erzeugten elektrischen Signalen die Signalanteile mit der Modulationsfrequenz (f _m) gewonnen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation und die Anregung der akustischen Wellen mit Hilfe eines amplitudenmodulierten Korpuskularstrahls erfolgt, daß über Interdigitalwandler am ersten und zweiten Meßpunkt das amplitudenmodulierte Signal der akustischen Wellen detektiert wird und durch die Demodulation in einem Demodulator die Signalanteile mit der Modulationsfrequenz (f _m) gewonnen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation mit Hilfe eines Amplitudenmodulators und die Anregung der akustischen Wellen mit einem Interdigitalwandler erfolgt, daß über einen auf den ersten und zweiten Meßpunkt gerichteten Korpuskularstrahl das amplitudenmodulierte Signal der akustischen Wellen detektiert wird und aus hierdurch erzeugten elektrischen Signalen über einen Demodulator demoduliert die Signalanteile mit der Modulationsfrequenz (f _m) gewonnen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Meßpunkt auf der Oberfläche der Probe (OWB) in einem definierten räumlichen Abstand zueinander angeordnet sind, daß die Laufzeit der akustischen Welle zwischen dem ersten und zweiten Meßpunkt auf der Oberfläche der Probe (OWB) bestimmt wird und daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle aus dem durch die Laufzeit und dem räumlich definierten Abstand des ersten und zweiten Meßpunkts auf der Oberfläche der Probe gebildeten Quotienten gebildet wird.

9. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von akustischen Wellen an einem Anregungspunkt (1) auf der Oberfläche einer Probe (OWB) und einer Vorrichtung mit angeschlossener Auswerteeinheit (AE, AE′, AE′′) zur Detektion und Auswertung der akustischen Wellen an einem ersten und zweiten Meßpunkt auf der Oberfläche der Probe (OWB), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von akustischen Wellen mit einem AM-Modulator verbunden ist, daß ein erster Eingang des AM-Modulators mit einem Signalgenerator (SG), der ein Signal mit einer ersten Frequenz (f _OFW) liefert, verbunden ist und ein zweiter Eingang des AM-Modulators mit einem Modulationsgenerator (MG), der ein Signal einer zweiten Frequenz (f _m) abgibt, verbunden ist, daß ein Phasendetektor (PD) über einen ersten Eingang mit der Auswerteeinheit (AE, AE′, AE′′) und über einen zweiten Eingang mit dem Modulationsgenerator (MG) angeschlossen ist, daß die Vorrichtung mit angeschlossener Auswerteeinheit (AE, AE′, AE′′) zur Detektion und Auswertung der akustischen Wellen eine Demodulatoreinheit enthält, und daß am Ausgang des Phasendetektors (PD) ein Phasendifferenzsignal abgegriffen werden kann, welches bei fester zweiter Frequenz (f _m) proportional zur Laufzeit der akustischen Welle ist.

10. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit angeschlossener Auswerteeinheit (AE) zur Detektion und Auswertung der akustischen Wellen ein Korpuskularstrahlerzeuger (EG), Mitteln zur Fokussierung, Ablenkung und Positionierung des Korpuskularstrahls (PE) auf den ersten und zweiten Meßpunkt und Mittel (AS) zum Austasten des Korpuskularstrahls (PE) enthält, daß die Demodulatoreinheit aus den Mitteln (AS) des Korpuskularstrahls (PE) realisiert und mit dem Signalgenerator (SG) verbunden ist und daß die angeschlossene Auswerteeinheit (AE) einen Detektor (DT) mit nachgeschaltetem Photomultiplier (PM), einen Vorverstärker (VV) und einen Bandpaß enthält, daß der Photomultiplier (PM) über den Vorverstärker (VV) mit dem Bandpaßfilter (BP) verschaltet ist.

11. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (AS) zum Austasten des Korpuskularstrahls (PE) ein Strahlaustastsystem (BBS) mit vorgeschaltetem Beamblankinggenerator (BBG) enthält.

12. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit angeschlossener Auswerteeinheit (AE) zur Detektion und Auswertung der akustischen Wellen einen Korpuskularstrahlerzeuger (EG = LA) und Mittel zur Fokussierung, Ablenkung und Positionierung des Korpuskularstrahls (PE) auf den ersten und zweiten Meßpunkt enthält, daß die angeschlossene Auswerteeinheit (AE′′) einen Detektor (DT) mit nachgeschaltetem Vorverstärker (VV), einen Amplitudendemodulator (AMD) und einen Bandpaß (BP) enthält, daß der Amplitudendemodulator (AMD), der die Detektoreinheit bildet, weiterhin mit dem Modulationsgenerator (MG) verbunden ist, und zwischen dem Vorverstärker (VV) und dem Bandpaß (BP) geschaltet ist.

13. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit angeschlossener Auswerteeinheit (AE) zur Detektion und Auswertung der akustischen Wellen durch einen Interdigitalwandler (IDT) und die angeschlossene Auswerteeinheit (AE) einen Vorverstärker, einen Amplitudendemodulator (AMD) und einen Bandpaß (BP) enthält, daß der Amplitudendemodulator (AMD), der die Demodulatoreinheit bildet, und weiterhin mit dem Modulationsgenerator (MG) verbunden ist, zwischen dem Bandpaß (BP) und dem Vorverstärker (VV) angeordnet ist.

14. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von akustischen Wellen durch einen Interdigitalwandler (IDT) realisiert ist.

15. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem AM-Modulator (AM) und der Vorrichtung zur Erzeugung von akustischen Wellen ein Leistungsverstärker (LV) geschaltet ist.

16. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von akustischen Wellen einen Korpuskularstrahlerzeuger (EG), Mittel zur Fokussierung, Ablenkung und Positionierung des Korpuskularstrahls (PE) auf den Anregungspunkt (1) der Oberfläche einer Probe (OWB) und ein Strahlaustastsystem (BBS) enthält, daß das Strahlaustastsystem (BBS) mit dem Amplitudenmodulator (AM) verbunden ist.

17. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von akustischen Wellen einen Korpuskularstrahlerzeuger (EG), Mittel zur Fokussierung, Ablenkung und Positionierung des Korpuskularstrahls (PE) auf den Anregungspunkt (1) der Oberfläche einer Probe (OWB) enthält, daß ein erstes und zweites Strahlaustastsystem (BBS, BBS′) im Strahlengang des Korpuskularstrahls (PE) angeordnet ist und dem Amplitudenmodulator bildet, daß der Signalgenerator (SG) auf das erste Strahlaustastsystem (BBS) und der Modulationsgenerator (MG) auf das zweite Strahlaustastsystem (BBS′) geschaltet ist.

18. Vorrichtung zur Messung der Laufzeit von akustischen Wellen nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Reflexionsstelle in bekannter Erfindung vom ersten Meßpunkt auf der Oberfläche der Probe, der erste und zweite Meßpunkt übereinstimmt und hierauf die Vorrichtung mit angeschlossener Auswerteeinheit (AE) zur Detektion und Auswertung der akustischen Wellen gerichtet ist.