WO2016037198A1 - Vorrichtung und system zur weiterleitung und messung von kathodolumineszenz-licht in einem transmissionselektronenmikroskop - Google Patents

Vorrichtung und system zur weiterleitung und messung von kathodolumineszenz-licht in einem transmissionselektronenmikroskop Download PDF

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WO2016037198A1
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optical axis
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PCT/AT2014/050203
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Michael STÖGER-POLLACH
Thomas SCHACHINGER
Stefan Löffler
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Technische Universität Wien
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Publication date
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    • H01J37/02—Details
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes

Definitions

  • Transmission electron microscope which comprises an objective lens having at least one upper pole and at least one lower pole, wherein between the at least one upper pole and the at least one lower pole, a gap is formed, in which gap a sample holder with a sample is positioned so that in a Measuring position of the
  • the present invention relates to a system for measuring cathodoluminescent light, the system comprising a transmission electron microscope, which includes an objective lens having at least one upper pole and at least one lower pole, wherein between the at least one upper pole and the at least one lower pole, a gap is formed, in which gap a sample holder with a sample is positioned so that in a measuring position of the transmission electron microscope, which includes an objective lens having at least one upper pole and at least one lower pole, wherein between the at least one upper pole and the at least one lower pole, a gap is formed, in which gap a sample holder with a sample is positioned so that in a measuring position of the
  • Electron beam can also be used to excite Kathodolumines cenz. Depending on the sample material will be included
  • Cathodoluminescent light detected from the infrared, visible or UV range is detected from the infrared, visible or UV range.
  • the cathodoluminescent light is collected by an optical system and passed from the scanning electron microscope to a detector. The measurement is done either
  • the width of an objective lens gap in which the sample is located during the measurement is usually less than 5 mm.
  • the collecting mirror covers a large part of the half space above the sample. In order for the electron beam to still hit the sample, a hole in the collecting mirror is required, through which the
  • Electron beam can pass through.
  • the collecting mirror would have to be optimal
  • Electron beam would hit the collection mirror - and no longer on the sample.
  • the tilting of the sample is for the investigation
  • the idea underlying the invention is to provide a device which, if possible, all cathodoluminescent light first by means of mirrors, which are hereinafter referred to as deflection mirror, from the
  • the deflection mirrors according to the invention both upper and under the sample
  • the deflection mirrors can be kept very compact. Furthermore, it is sufficient, the deflection mirror laterally from the to arrange the optical axis. This means that a single deflecting mirror does not completely surround the optical axis. Thus, the deflection mirrors need not have any holes to ensure that the electron beam can pass through the sample, which greatly simplifies known solutions.
  • the deflection mirrors do not have to be rotated, but can remain at the same position in the
  • the deflection mirrors are connected directly or indirectly to a base body. This allows the position of the
  • Device can be arranged in the objective lens gap. That when the device is in operating position in a
  • the base body may be in one piece or from several
  • Objective lens having at least one upper pole and at least one lower pole, wherein between the at least one upper pole and the at least one lower pole, a gap is formed, in which gap a sample holder with a Probe is positionable so that in a measuring position of the sample holder an optical axis of the objective lens or of the transmission electron microscope extends through the sample, according to the invention provided that the device
  • Axis are arranged and seen along the optical axis, the sample holder in its measuring position between the
  • At least one upper deflection mirror and the at least one lower deflection mirror is arranged, wherein the deflection mirrors are designed such that the emitted from the sample
  • Cathodoluminescent light is reflected transversely to the optical axis out of the gap.
  • the device according to the invention can thus for the measurement of cathodoluminescent light in a
  • Transmission electron microscope which includes an objective lens having at least one upper pole and at least one lower pole, wherein between the at least one upper pole and the at least one lower pole, a gap is formed, in which gap a sample holder with a sample is positioned so that in a Measuring position of the
  • Sample holder an optical axis of the objective lens or the transmission electron microscope passes through the sample, according to the invention provided that at least one upper
  • the deflection mirrors are arranged in the gap, that the deflecting mirrors are each arranged laterally of the optical axis and, viewed along the optical axis, the sample holder is in its measuring position between the
  • At least one upper deflection mirror and the at least one lower deflection mirror is arranged, wherein the deflection mirrors are designed such that the emitted from the sample
  • Cathodoluminescent light is reflected transversely to the optical axis out of the gap.
  • sample holders can be present, which can be positioned in the gap, and that on each sample holder also several samples can be arranged, wherein in measuring positions of each sample holder, the optical axis passes through one of the samples.
  • Transmission electron microscope which includes an objective lens having at least one upper pole and at least one lower pole, wherein between the at least one upper pole and the at least one lower pole, a gap is formed, in which gap a sample holder with a sample is positioned so that in a Measuring position of the
  • the deflecting mirrors are arranged in the gap so that the deflecting mirror each side of the
  • the deflection mirrors are in their operating position when the device is in its operating position. If no Kathodolumineszenz measurement take place, the device from its operating position in a
  • Starting position can be transferred so that the deflection mirror are no longer arranged in the objective lens gap when the device is in the transmission electron microscope.
  • Respectively. can in a system according to the invention the
  • the deflection mirror are arranged outside the gap and that the deflection mirror between the starting position and the operating position are movable back and forth.
  • Pusher provided, which allows the transfer of the device according to the invention between its initial position and operating position. Respectively. allows the vacuum-tight pusher, the transfer of the deflection mirror between its initial position and operating position.
  • Embodiment of the device according to the invention provided that two upper deflection mirror and two lower deflection mirror are provided, wherein seen in the operating position in a normal axis on the optical axis normal direction, the optical axis is disposed both between the two upper deflecting mirrors and between the two lower deflecting mirrors.
  • the optical axis is arranged both between the two upper deflecting mirrors and between the two lower deflecting mirrors.
  • Deflection mirror are designed such that in the
  • Cathodoluminescent light is reflected away from the optical axis. That The cathodoluminescent light is reflected not only to one side in a direction transverse to the optical axis, but also in another direction toward another, preferably opposite side.
  • the deflection mirrors are designed such that in the operating position, the cathodoluminescent light emitted by the sample is reflected away from the optical axis.
  • the device further comprises at least one uppermost layer of the cathodoluminescent light reflected out of the gap.
  • Deflecting mirror reflects collected cathodoluminescent light and in the at least one upper optical fiber passes and that the at least one lower collecting element of the at least a lower deflecting mirror reflects collected cathodoluminescent light and conducts into the at least one lower light guide.
  • the system further comprises at least one upper collecting element and at least one lower collecting element and at least one upper
  • Optical fiber and at least one lower optical fiber wherein the collecting elements and optical fibers are designed so that in the operating position, the at least one upper collecting element which reflects from the at least one upper deflecting mirror
  • Kathodolumineszenz light collects and conducts into the at least one upper light guide and that the at least one lower collecting element collects the at least one lower deflecting mirror reflected cathodoluminescent light and conducts into the at least one lower light guide.
  • the collecting elements are in any case arranged outside the gap, where there is enough space for the collecting elements.
  • the collecting elements are connected directly or indirectly to the base body.
  • the collection elements may be any type of elements.
  • the collection elements may be any type of elements.
  • the at least one upper collecting element is designed as at least one upper collecting mirror and that the
  • At least one lower collecting element is designed as at least one lower collecting mirror.
  • the cathodoluminescent light is inventively collected and focused focused in the light guide. Therefore, in a preferred embodiment, it is the invention Device provided that the at least one upper
  • the at least one upper collecting mirror is in the image plane of the at least one upper deflection mirror
  • the at least one lower collecting mirror is formed as an elliptical mirror, wherein a focal point of the at least one lower collecting mirror in the image plane of at least one lower deflection mirror is located.
  • the at least one upper collecting mirror is in the image plane of the at least one upper deflection mirror
  • the at least one lower collecting mirror is formed as an elliptical mirror, wherein a focal point of the at least one lower collecting mirror in the image plane of at least one lower deflection mirror is located.
  • Deflection mirrors in a particularly preferred embodiment of the device according to the invention provided that two upper collecting mirror, two upper light guide, two lower
  • Collecting mirror and two lower light guide are provided, wherein the collecting mirror and light guide are designed so that in the operating position, each upper collecting mirror each reflected from one of the upper deflection mirror
  • the collecting mirror are designed so that in the operating position each upper collecting mirror respectively deflects the cathodoluminescent light reflected from one of the upper deflecting mirrors and each lower deflects
  • Embodiment of the system according to the invention provided that the deflection mirrors are prism-shaped.
  • the deflecting mirrors are prism-shaped bars which are connected to the base body.
  • At least one surface of each prism is designed so that the cathodoluminescent light is reflected from this surface out of the gap. In the simplest case, that is
  • Base of the prism is a triangle, and the deflection mirrors are arranged so that each one surface
  • each deflection mirror has a reflective surface, which with the optical Axis an angle between 30 ° and 60 °, preferably between 40 ° and 50 °, more preferably between 44 ° and 46 °
  • the deflecting mirrors can be shaped such that a focusing effect is already achieved by the deflection mirrors, which is advantageous for the
  • Cathodoluminescence light can affect. Likewise, this can help to maximize the optical power of the cathodoluminescent light, which can subsequently be relayed to a detector for measurement. Accordingly, it is provided in a preferred embodiment of the device according to the invention or in a preferred embodiment of the system according to the invention that the deflection mirrors are cylindrical or elliptical.
  • a defection device for detecting cathodoluminescent light in accordance with the invention is provided.
  • Defective device comprises a device according to the invention and a detector to the forwarded
  • connections for optical fiber cables can be provided on the device according to the invention.
  • Detector is provided to detect the cathodoluminescent light energy-dispersive. In particular, in the manner described
  • a gap height measured parallel to the optical axis is at most 5 mm.
  • Sample holder axis is rotatable, wherein the sample holder axis is transverse to the optical axis and the sample holder axis is preferably normal to the optical axis.
  • the sample holder has a cooling device and / or heating device in order to cool and / or heat the sample in the measuring position.
  • FIG. 1 shows a device without collecting mirror in a schematic view analogous to FIG. 2 with a tilted sample holder a schematic representation of a system according to the invention in a lateral sectional view
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for forwarding cathodoluminescent light in a cathodoluminescence measurement in one
  • the device has upper
  • Deflection mirror 8 and lower deflecting mirror 8 ' which are connected to a base body 6.
  • the deflecting mirrors 8, 8 ' relative to each other and relative to the base body 6 fixed in position.
  • the arrangement of the deflecting mirrors 8, 8 ' is chosen so that in an operating position of the device in a gap 12 of an objective lens of a
  • Fig. 2 Objective lens or the transmission electron microscope by a sample 5 held in the sample holder 4, e.g. Fig. 2 is located. In the frontal sectional view of Fig. 2 is also clearly visible that in the shown
  • the deflection mirrors 8, 8 ' are designed such that cathodoluminescent light emitted by the sample 5 is reflected out of the gap 12.
  • the deflection mirror 8 reflect it
  • cathodoluminescent light with a maximum optical power is output from the gap 12
  • the deflecting mirrors 8, 8 ' are in the embodiment of FIGS. 1 and 2 as prismatic bars with a rectangular Triangle executed as a base.
  • Each deflecting mirror 8, 8 ' has a reflecting surface which points away from the optical axis 11 and encloses with it an angle of approximately 45 °.
  • upper collecting mirrors 9 and lower collecting mirrors 9 ' are provided, wherein a collecting mirror 9, 9' is provided for each deflecting mirror 8, 8 '.
  • Each upper collecting mirror 9 collects the cathodoluminescent light reflected from the associated upper deflecting mirror 8 out of the gap 12 and reflects this into an upper optical waveguide 10 each
  • Kathodolumineszenz light and reflects this in each case a lower light guide 10 '.
  • the collecting mirrors 9, 9 ' are formed as elliptical mirrors, wherein a focal point of the respective
  • Optical fiber 10, 10 ' may be the cathodoluminescent light
  • the collecting mirrors 9, 9 ' are connected to the base body 6, so that the position of the collecting mirrors 9, 9' can be fixed once to the deflecting mirrors 8, 8 'and does not have to be readjusted separately for each measurement.
  • the deflecting mirrors 8, 8 ' can be made very space-saving, so that their arrangement in the gap 12 is easily possible, even if a parallel to the optical axis 11 measured
  • Gap height 13 is relatively low. In particular, the find
  • the small space requirement of the deflecting mirrors 8, 8 ensures that sample holders 4 can be used which have heating and / or cooling functionality.
  • Sample holder 4 about a sample holder axis 14 which is transverse, preferably normal to the optical axis 11. This is illustrated in FIG. 3, wherein the embodiment of the device according to the invention shown there has no collecting mirrors 9, 9 '. Since, as explained above, the collecting mirrors 9, 9 'are in any case arranged outside the gap 12,
  • Tilt angle OC shown.
  • the tilt angle OC is basically limited by the gap height 13.
  • Tilting angle OC is not limited by the deflection mirror 8, 8 ', but by the available gap height 13. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the maximum tilt angle OC is approximately 27 °. Depending on the gap height 13 and dimensioning of the sample holder 4 but also maximum tilt angle OC of up to 32 ° are possible. The interpretation of However, deflecting mirror 8, 8 'preferably allows at least a tilt angle OC of at least 25 °.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a
  • the system according to the invention for measuring cathodoluminescent light wherein the system comprises a transmission electron microscope whose outer walls 2 are shown in Fig. 4, and a device according to the invention with collecting mirrors 9, 9 '.
  • the transmission electron microscope has a
  • Sample lock 3 on which samples 5 can be introduced without breaking the vacuum in the transmission electron microscope.
  • the sample holder 4 together with sample 5 is shown in FIG. 4 in the measuring position.
  • the forwarding takes place first, as described above, via the light guides 10, 10 'within the
  • the sample lock 3 opposite is a vacuum-tight pusher 17, for example arranged in the form of a bellows, which pusher 17 is a movement of the
  • the base body 6 is disposed within the vacuum-tight pusher 17 and therefore not visible in Fig. 4.
  • the device in a simple manner, the device and thus in particular the deflecting mirrors 8, 8 'between the operating position and a starting position and be driven here.
  • the deflecting mirrors 8, 8 ' In the initial position, the deflecting mirrors 8, 8 'are arranged outside the gap 12. The starting position can therefore be taken when no Kathodolumineszenz measurement is to take place. There is then a little more space in the gap 12 available, which can be used for example for the use of larger sized sample holders 4.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Vorrichtung zur Weiterleitung von Kathodolumineszenz-Licht bei einer Kathodolumineszenz-Messung in einem Transmissionselektronenmikroskop, welches eine Objektivlinse mit einem Spalt (12) aufweist. Um einen möglichst großen Anteil des von einer Probe emittierten Kathodolumineszenz-Lichts zu einem Detektor weiterleiten zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Basiskörper (6) sowie mindestens einen oberen Umlenkspiegel (8) und mindestens einen unteren Umlenkspiegel (8') umfasst, wobei die Umlenkspiegel (8, 8') mit dem Basiskörper verbunden sind und wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass in einer Betriebsposition der Vorrichtung die Umlenkspiegel (8, 8') so im Spalt (12) anordenbar sind, dass die Umlenkspiegel (8, 8') jeweils seitlich von der optischen Achse (11) angeordnet sind und entlang der optischen Achse (11) gesehen ein Probenhalter (4) in einer Messposition zwischen dem mindestens einen oberen Umlenkspiegel (8) und dem mindestens einen unteren Umlenkspiegel (8') angeordnet ist, wobei die Umlenkspiegel (8, 8') derart ausgelegt sind, dass das von der Probe (4) emittierte Kathodolumineszenz-Licht quer zu einer optischen Achse (11) der Objektivlinse bzw. des Transmissionselektronenmikroskops aus dem Spalt (12) heraus reflektiert wird.

Description

VORRICHTUNG UND SYSTEM ZUR WEITERLEITUNG UND MESSUNG VON
KATHODOLUMINESZENZ—LICHT IN EINEM
TRANSMISSIONSELEKTRONENMIKROSKOP
GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Weiterleitung von Kathodolumineszenz-Licht bei einer
Kathodolumineszenz-Messung in einem
Transmissionselektronenmikroskop, welches eine Objektivlinse mit mindestens einem oberen Pol und mindestens einem unteren Pol umfasst, wobei zwischen dem mindestens einen oberen Pol und dem mindestens einen unteren Pol ein Spalt ausgebildet ist, in welchem Spalt ein Probenhalter mit einer Probe so positionierbar ist, dass in einer Messposition des
Probenhalters eine optische Achse der Objektivlinse bzw. des Transmissionselektronenmikroskops durch die Probe verläuft.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Messung von Kathodolumineszenz-Licht, das System umfassend ein Transmissionselektronenmikroskop, welches eine Objektivlinse mit mindestens einem oberen Pol und mindestens einem unteren Pol beinhaltet, wobei zwischen dem mindestens einen oberen Pol und dem mindestens einen unteren Pol ein Spalt ausgebildet ist, in welchem Spalt ein Probenhalter mit einer Probe so positionierbar ist, dass in einer Messposition des
Probenhalters eine optische Achse der Objektivlinse bzw. des Transmissionselektronenmikroskops durch die Probe verläuft. STAND DER TECHNIK
Wenn ein Elektronenstrahl auf eine Festkörperoberfläche auftrifft, kann es zur Anregung von Kathodolumines zenz kommen. Hierbei strahlt die Festkörperoberfläche Licht aus, was zur Untersuchung des Festkörpers ausgenutzt werden kann.
Insbesondere Messungen mit Rasterelektronenmikroskopen haben sich etabliert, da der für die Mikroskopie genutzte
Elektronenstrahl außerdem zur Anregung von Kathodolumines zenz benutzt werden kann. Je nach Probenmaterial, wird dabei
Kathodolumineszenz-Licht aus dem infraroten, sichtbaren oder UV Bereich detektiert.
Dabei wird das Kathodolumineszenz-Licht durch ein optisches System gesammelt und aus dem Rasterelektronenmikroskop zu einem Detektor geleitet. Die Messung erfolgt entweder
energiedispersiv, oder es wird bei einer festgelegten
Wellenlänge eine Abbildung des Kathodolumineszenz-Lichts aufgenommen. Einerseits können damit Aussagen über die
chemische Zusammensetzung der Probe getroffen werden,
andererseits kann Information über die Probenstruktur gewonnen werden.
Aufgrund des inhärent vorhandenen Elektronenstrahls wurde vor kurzem damit begonnen, Kathodolumineszenz-Messungen auch in Transmissionselektronenmikroskopen durchzuführen. Im Gegensatz zu Messungen mit Rasterelektronenmikroskopen kommen bei
Messungen mit Transmissionselektronenmikroskopen einige erschwerende Punkte hinzu. Zum einen werden die Elektronen in Transmissionselektronenmikroskopen auf relativ hohe Energien von typischerweise zwischen 60 keV und 300 keV beschleunigt, wodurch der Anregungsquerschnitt für Kathodolumines zenz herabgesetzt wird. Entsprechend schwach fällt die
Kathodolumines zenz aus. Zum anderen kann das Kathodolumineszenz-Licht auch nur
unzureichend gesammelt werden, da in einem
Transmissionselektronenmikroskop sehr beengte
Platzverhältnisse herrschen, die den Einsatz von Optiken erschweren oder gar verunmöglichen. Insbesondere bei
hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopen beträgt die Weite eines Objektivlinsenspalts, in dem sich die Probe während der Messung befindet, üblicherweise unter 5 mm.
Aus dem Stand der Technik sind Ansätze mit einem elliptischen Sammelspiegel bekannt, der im Wesentlichen über der Probe im Objektivlinsenspalt angeordnet ist, wobei ein Brennpunkt des Sammelspiegels dabei auf der Probe und der andere Brennpunkt in einer zu einem Detektor führenden bzw. mit diesem
verbundenen Optik liegt. Dabei deckt der Sammelspiegel einen Großteil des über der Probe befindlichen Halbraumes ab. Damit der Elektronenstrahl dennoch auf die Probe treffen kann, ist ein Loch im Sammelspiegel erforderlich, durch das der
Elektronenstrahl durchtreten kann.
Abgesehen davon, dass sich diese Lösung aus Platzgründen bei den meisten hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopen nicht einsetzen lässt, da deren Objektivlinsenspalte einfach zu klein sind, besteht ein weiterer gravierender Nachteil darin, dass ein Verkippen der Probe nicht möglich ist.
Einerseits ist hierfür nicht genug Platz vorhanden.
Andererseits müsste der Sammelspiegel für eine optimale
Ausbeute an Kathodolumineszenz-Licht mit der Probe mitgekippt werden. Letzteres ist aber unmöglich, da damit das Loch im Sammelspiegel aus der optischen Achse bzw. aus dem
Strahlengang des Elektronenstrahls wandern und der
Elektronenstrahl den Sammelspiegel - und nicht mehr auf die Probe - treffen würde.
Das Verkippen der Probe ist für die Untersuchung
unterschiedlichster Proben mit Schichtstrukturen essentiell, um Grenzflächen parallel zur optischen Achse ausrichten zu können. Beispiele für solche Proben sind alle
Halbleiterschichtstrukturen, Quantendrähte, Quantenpunkte etc.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zur Verfügung zu stellen, die Kathodolumineszenz-Messungen in Transmissionselektronenmikroskopen bei maximaler
Kathodolumineszenz-Lichtausbeute und gleichzeitig
gewährleisteter Verkippbarkeit der Probe erlauben.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die möglichst alles Kathodolumineszenz-Licht zunächst mittels Spiegeln, die im Folgenden als Umlenkspiegel bezeichnet werden, aus dem
Objektivlinsenspalt leitet, um erst dann das
Kathodolumineszenz-Licht gezielt zu sammeln und in weiterer Folge einem Detektor zuzuführen. Die Elektronen durchdringen aufgrund ihrer hohen Energie die Probe vollständig und treten an einer Rückseite der Probe wieder aus der Probe aus. D.h. bei Messungen in einem
Transmissionselektronenmikroskop tritt auch an der
Probenrückseite Kathodolumineszenz auf. Um auch dieses an der Probenrückseite austretende Kathodolumineszenz-Licht zur
Detektion verwenden zu können, werden die Umlenkspiegel erfindungsgemäß sowohl ober als auch unter der Probe
angeordnet .
Dabei können die Umlenkspiegel sehr kompakt gehalten werden. Weiters genügt es, die Umlenkspiegel seitlich von der optischen Achse anzuordnen. D.h. ein einzelner Umlenkspiegel umgibt die optische Achse nicht vollständig. Die Umlenkspiegel brauchen also keine Löcher aufzuweisen um sicherzustellen, dass der Elektronenstrahl durch die Probe gehen kann, was eine starke Vereinfachung zu bekannten Lösungen darstellt.
Insgesamt bleibt somit genug Platz, um die Probe verkippen zu können. Die Umlenkspiegel müssen dabei nicht mitgedreht werden, sondern können an unveränderter Position im
Objektivlinsenspalt verbleiben, da deren einzige Aufgabe darin besteht, auftretendes Kathodolumineszenz-Licht aus dem Spalt heraus zu reflektieren.
Die Umlenkspiegel sind mit einem Basiskörper direkt oder indirekt verbunden. Dies ermöglicht es, die Position der
Umlenkspiegel einmal optimal zu justieren und die Lage der Umlenkspiegel zueinander und zum Basiskörper zu fixieren, sodass die Umlenkspiegel in einer Betriebsposition der
Vorrichtung im Objektivlinsenspalt anordenbar sind. D.h. wenn die Vorrichtung in Betriebsposition in einem
Transmissionselektronenmikroskop verwendet wird, befinden sich die Umlenkspiegel in optimal justierter Position, um
auftretendes Kathodolumineszenz-Licht aus dem Spalt heraus zu reflektieren. Diese Justage der Umlenkspiegel kann außerhalb des Transmissionselektronenmikroskops erfolgen, d.h. es ist keine separate Justage der Umlenkspiegel vor jeder Messung nötig. Der Basiskörper kann einstückig oder aus mehreren
Teilen zusammengesetzt ausgebildet sein.
Daher ist es bei einer Vorrichtung zur Weiterleitung von
Kathodolumineszenz-Licht bei einer Kathodolumineszenz-Messung in einem Transmissionselektronenmikroskop, welches eine
Objektivlinse mit mindestens einem oberen Pol und mindestens einem unteren Pol umfasst, wobei zwischen dem mindestens einen oberen Pol und dem mindestens einen unteren Pol ein Spalt ausgebildet ist, in welchem Spalt ein Probenhalter mit einer Probe so positionierbar ist, dass in einer Messposition des Probenhalters eine optische Achse der Objektivlinse bzw. des Transmissionselektronenmikroskops durch die Probe verläuft, erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung einen
Basiskörper sowie mindestens einen oberen Umlenkspiegel und mindestens einen unteren Umlenkspiegel umfasst, wobei die Umlenkspiegel mit dem Basiskörper verbunden sind und wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass in einer Betriebsposition der Vorrichtung die Umlenkspiegel so im Spalt anordenbar sind, dass die Umlenkspiegel jeweils seitlich von der optischen
Achse angeordnet sind und entlang der optischen Achse gesehen der Probenhalter in seiner Messposition zwischen dem
mindestens einen oberen Umlenkspiegel und dem mindestens einen unteren Umlenkspiegel angeordnet ist, wobei die Umlenkspiegel derart ausgelegt sind, dass das von der Probe emittierte
Kathodolumineszenz-Licht quer zur optischen Achse aus dem Spalt heraus reflektiert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also zur Messung von Kathodolumineszenz-Licht in einem
Transmissionselektronenmikroskop verwendet werden.
Analog ist es bei einem System zur Messung von
Kathodolumineszenz-Licht, das System umfassend ein
Transmissionselektronenmikroskop, welches eine Objektivlinse mit mindestens einem oberen Pol und mindestens einem unteren Pol beinhaltet, wobei zwischen dem mindestens einen oberen Pol und dem mindestens einen unteren Pol ein Spalt ausgebildet ist, in welchem Spalt ein Probenhalter mit einer Probe so positionierbar ist, dass in einer Messposition des
Probenhalters eine optische Achse der Objektivlinse bzw. des Transmissionselektronenmikroskops durch die Probe verläuft, erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein oberer
Umlenkspiegel und mindestens ein unterer Umlenkspiegel
vorgesehen sind, wobei in einer Betriebsposition der
Umlenkspiegel die Umlenkspiegel so im Spalt angeordnet sind, dass die Umlenkspiegel jeweils seitlich von der optischen Achse angeordnet sind und entlang der optischen Achse gesehen der Probenhalter in seiner Messposition zwischen dem
mindestens einen oberen Umlenkspiegel und dem mindestens einen unteren Umlenkspiegel angeordnet ist, wobei die Umlenkspiegel derart ausgelegt sind, dass das von der Probe emittierte
Kathodolumineszenz-Licht quer zur optischen Achse aus dem Spalt heraus reflektiert wird.
Es versteht sich, dass grundsätzlich auch mehrere Probenhalter vorhanden sein können, die im Spalt positionierbar sind, und dass auf jedem Probenhalter auch mehrere Proben angeordnet sein können, wobei in Messpositionen jedes Probenhalters die optische Achse durch eine der Proben verläuft.
Weiterhin ist es bei einem System zur Messung von
Kathodolumineszenz-Licht, das System umfassend ein
Transmissionselektronenmikroskop, welches eine Objektivlinse mit mindestens einem oberen Pol und mindestens einem unteren Pol beinhaltet, wobei zwischen dem mindestens einen oberen Pol und dem mindestens einen unteren Pol ein Spalt ausgebildet ist, in welchem Spalt ein Probenhalter mit einer Probe so positionierbar ist, dass in einer Messposition des
Probenhalters eine optische Achse der Objektivlinse bzw. des Transmissionselektronenmikroskops durch die Probe verläuft, erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine erfindungsgemäße
Vorrichtung vorgesehen ist, wobei in einer Betriebsposition der Umlenkspiegel die Umlenkspiegel so im Spalt angeordnet sind, dass die Umlenkspiegel jeweils seitlich von der
optischen Achse angeordnet sind und entlang der optischen Achse gesehen der Probenhalter in seiner Messposition zwischen dem mindestens einen oberen Umlenkspiegel und dem mindestens einen unteren Umlenkspiegel angeordnet ist. In diesem Fall befinden sich die Umlenkspiegel in ihrer Betriebsposition, wenn sich die Vorrichtung in ihrer Betriebsposition befindet. Soll keine Kathodolumineszenz-Messung stattfinden, so kann die Vorrichtung aus ihrer Betriebsposition in eine
Ausgangsposition überführt werden, sodass die Umlenkspiegel nicht mehr im Objektivlinsenspalt angeordnet sind, wenn sich die Vorrichtung im Transmissionselektronenmikroskop befindet. Bzw. können bei einem erfindungsgemäßen System die
Umlenkspiegel aus ihrer Betriebsposition in eine
Ausgangsposition überführt werden, sodass die Umlenkspiegel nicht mehr im Objektivlinsenspalt angeordnet sind.
Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass in einer
Ausgangsposition der Umlenkspiegel die Umlenkspiegel außerhalb des Spalts angeordnet sind und dass die Umlenkspiegel zwischen der Ausgangsposition und der Betriebsposition hin und her bewegbar sind.
Hierzu ist ein Faltenbalg oder eine andere vakuumdichte
Schubvorrichtung vorgesehen, welche die Überführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen ihrer Ausgangsposition und Betriebsposition erlaubt. Bzw. erlaubt die vakuumdichte Schubvorrichtung die Überführung der Umlenkspiegel zwischen ihrer Ausgangsposition und Betriebsposition. Das
Transmissionselektronenmikroskop muss hierfür nicht umgebaut und das Vakuum des Transmissionselektronenmikroskops muss nicht gebrochen werden. Um Kathodolumineszenz-Licht aus einem möglichst großen
Raumwinkelbereich rund um die Probe aus dem Spalt heraus reflektieren zu können, ist es bei einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass zwei obere Umlenkspiegel und zwei untere Umlenkspiegel vorgesehen sind, wobei in der Betriebsposition in einer auf die optische Achse normal stehenden Normalrichtung gesehen die optische Achse sowohl zwischen den zwei oberen Umlenkspiegeln als auch zwischen den zwei unteren Umlenkspiegeln angeordnet ist. Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass zwei obere Umlenkspiegel und zwei untere Umlenkspiegel vorgesehen sind, wobei in der Betriebsposition in einer auf die optische Achse normal stehenden Normalrichtung gesehen die optische Achse sowohl zwischen den zwei oberen Umlenkspiegeln als auch zwischen den zwei unteren Umlenkspiegeln angeordnet ist.
Um in diesem Fall auf einfache Art und Weise sicherzustellen, dass das Kathodolumineszenz-Licht aus dem Spalt heraus
reflektiert wird, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die
Umlenkspiegel derart ausgelegt sind, dass in der
Betriebsposition das von der Probe emittierte
Kathodolumineszenz-Licht jeweils von der optischen Achse weg reflektiert wird. D.h. das Kathodolumineszenz-Licht wird nicht nur zu einer Seite hin in einer Richtung quer zur optischen Achse reflektiert, sondern auch in einer anderen Richtung zu einer anderen, vorzugsweise gegenüberliegenden Seite hin.
Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass die Umlenkspiegel derart ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition das von der Probe emittierte Kathodolumineszenz-Licht jeweils von der optischen Achse weg reflektiert wird.
Um das aus dem Spalt heraus reflektierte Kathodolumineszenz- Licht weiterleiten zu können, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Vorrichtung weiters mindestens ein oberes
Sammelelement und mindestens ein unteres Sammelelement umfasst sowie mindestens einen oberen Lichtleiter und mindestens einen unteren Lichtleiter, wobei die Sammelelemente und Lichtleiter so ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition das mindestens eine obere Sammelelement das vom mindestens einen oberen
Umlenkspiegel reflektierte Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in den mindestens einen oberen Lichtleiter leitet und dass das mindestens eine untere Sammelelement das vom mindestens einen unteren Umlenkspiegel reflektierte Kathodolumineszenz- Licht sammelt und in den mindestens einen unteren Lichtleiter leitet. Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, das System weiters mindestens ein oberes Sammelelement und mindestens ein unteres Sammelelement umfasst sowie mindestens einen oberen
Lichtleiter und mindestens einen unteren Lichtleiter, wobei die Sammelelemente und Lichtleiter so ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition das mindestens eine obere Sammelelement das vom mindestens einen oberen Umlenkspiegel reflektierte
Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in den mindestens einen oberen Lichtleiter leitet und dass das mindestens eine untere Sammelelement das vom mindestens einen unteren Umlenkspiegel reflektierte Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in den mindestens einen unteren Lichtleiter leitet.
Die Sammelelemente sind dabei jedenfalls außerhalb des Spalts angeordnet, wo genug Platz für die Sammelelemente vorhanden ist .
Vorzugsweise sind die Sammelelemente mit dem Basiskörper direkt oder indirekt verbunden.
Bei den Sammelelementen kann es sich beispielsweise um
Sammellinsen oder Sammelspiegel handeln. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass das mindestens eine obere Sammelelement als mindestens ein oberer Sammelspiegel ausgeführt ist und dass das
mindestens eine untere Sammelelement als mindestens ein unterer Sammelspiegel ausgeführt ist.
Zur Maximierung der optischen Leistung des Kathodolumineszenz- Lichts, das für die Messung an einen Detektor weitergeleitet werden kann, wird das Kathodolumineszenz-Licht erfindungsgemäß gesammelt und fokussiert in die Lichtleiter gelenkt. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass der mindestens eine obere
Sammelspiegel als elliptischer Spiegel ausgebildet ist, wobei ein Brennpunkt des mindestens einen oberen Sammelspiegels in der Bildebene des mindestens einen oberen Umlenkspiegels liegt, und dass der mindestens eine untere Sammelspiegel als elliptischer Spiegel ausgebildet ist, wobei ein Brennpunkt des mindestens einen unteren Sammelspiegels in der Bildebene des mindestens einen unteren Umlenkspiegels liegt. Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass der mindestens eine obere
Sammelspiegel als elliptischer Spiegel ausgebildet ist, wobei ein Brennpunkt des mindestens einen oberen Sammelspiegels in der Bildebene des mindestens einen oberen Umlenkspiegels liegt, und dass der mindestens eine untere Sammelspiegel als elliptischer Spiegel ausgebildet ist, wobei ein Brennpunkt des mindestens einen unteren Sammelspiegels in der Bildebene des mindestens einen unteren Umlenkspiegels liegt.
Weiters ist es im Falle von zwei oberen und zwei unteren
Umlenkspiegeln bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass zwei obere Sammelspiegel, zwei obere Lichtleiter, zwei untere
Sammelspiegel und zwei untere Lichtleiter vorgesehen sind, wobei die Sammelspiegel und Lichtleiter so ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition jeder obere Sammelspiegel jeweils das von einem der oberen Umlenkspiegel reflektierte
Kathodolumineszenz-Licht in jeweils einen der oberen
Lichtleiter umlenkt und jeder untere Sammelspiegel jeweils das von einem der unteren Umlenkspiegel reflektierte
Kathodolumineszenz-Licht in jeweils einen der unteren
Lichtleiter. Analog ist es bei einer besonders bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass zwei obere Sammelspiegel und zwei untere Sammelspiegel
vorgesehen sind, wobei die Sammelspiegel so ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition jeder obere Sammelspiegel jeweils das von einem der oberen Umlenkspiegel reflektierte Kathodolumineszenz-Licht umlenkt und jeder untere
Sammelspiegel jeweils das von einem der unteren Umlenkspiegel reflektierte Kathodolumineszenz-Licht . Für eine besonders einfache und damit kostengünstige
Realisierung von Umlenkspiegeln, die geeignet sind, das
Kathodolumineszenz-Licht aus dem Spalt heraus zu reflektieren, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. bei einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass die Umlenkspiegel prismenförmig ausgebildet sind.
Vorzugsweise sind die Umlenkspiegel prismenförmige Stäbe, die mit dem Basiskörper verbunden sind.
Zumindest eine Fläche jedes Prismas ist so ausgelegt, dass das Kathodolumineszenz-Licht von dieser Fläche aus dem Spalt heraus reflektiert wird. Im einfachsten Fall ist die
Grundfläche des Prismas ein Dreieck, und die Umlenkspiegel sind so angeordnet, dass jeweils eine Fläche das
Kathodolumineszenz-Licht aus dem Spalt heraus reflektiert. Es sind aber natürlich auch Prismen mit Vielecken als Grundfläche möglich, welche Vielecke mehr als drei Ecken aufweisen, wobei eine oder mehrere Flächen jedes Prismas so ausgelegt sein können, dass sie Kathodolumineszenz-Licht aus dem Spalt heraus reflektieren. Da eine Optik, die das aus dem Spalt heraus reflektierte Licht weiterleitet, aufgrund des ausreichenden Platzes außerhalb des Spalts relativ variabel positioniert werden kann, kann die Ausrichtung der reflektierenden Flächen grundsätzlich in einem weiten Bereich erfolgen. Entsprechend ist es bei einer
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. bei einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass jeder Umlenkspiegel eine reflektierende Fläche aufweist, welche mit der optischen Achse einen Winkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise zwischen 40° und 50°, besonders bevorzugt zwischen 44° und 46°
aufweist .
Selbstverständlich sind jedoch auch andere Umlenkspiegelformen möglich. Insbesondere können die Umlenkspiegel so geformt sein, dass bereits durch die Umlenkspiegel eine fokussierende Wirkung erzielt wird, was sich vorteilhaft für die
Weiterleitung des aus dem Spalt heraus reflektierten
Kathodolumineszenz-Lichtes auswirken kann. Ebenso kann dies dazu beitragen, die optische Leistung des Kathodolumineszenz- Lichts, das in der Folge für die Messung an einen Detektor weitergeleitet werden kann, zu maximieren. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass die Umlenkspiegel zylindrisch oder elliptisch ausgebildet sind.
Um insbesondere energiedispersive Messungen durchführen zu können, ist erfindungsgemäß eine Defektionsvorrichtung zur Detektion von Kathodolumineszenz-Licht bei einer
Kathodolumineszenz-Messung in einem
Transmissionselektronenmikroskop vorgesehen, wobei die
Defektionsvorrichtung eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst sowie einen Detektor, um das weitergeleitete
Kathodolumineszenz-Licht energiedispersiv zu detektieren. Dabei wird das Kathodolumineszenz-Licht dem Detektor
vorzugsweise über die Lichtleiter und/oder über Glasfaserkabel zugeführt. Hierfür können Anschlüsse für Glasfaserkabel an der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein.
Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass weiters ein
Detektor vorgesehen ist, um das Kathodolumineszenz-Licht energiedispersiv zu detektieren. Insbesondere werden auf die beschriebene Art und Weise
Kathodolumineszenz-Messungen in hochauflösenden, vorzugsweise atomar auflösenden Transmissionselektronenmikroskopen
ermöglicht, die entsprechend enge Objektivlinsenspalte
aufweisen. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass eine parallel zur optischen Achse gemessene Spalthöhe maximal 5 mm beträgt.
Wie gesagt, bleibt mit der erfindungsgemäßen Lösung die
Verkippbarkeit der Probe erhalten. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Systems vorgesehen, dass in der Betriebsposition der in der Messposition angeordnete Probenhalter um eine
Probenhalterachse drehbar ist, wobei die Probenhalterachse quer zur optischen Achse verläuft und die Probenhalterachse vorzugsweise normal auf die optische Achse steht.
Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Lösung eine Heiz- und/oder Kühlfunktion des Probenhalters in keinster Weise beeinflusst, da die Umlenkspiegel - und auch die
Sammelelemente und Lichtleiter - vollständig entkoppelt bzw. vollkommen unabhängig vom Probenhalter sind. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Systems vorgesehen, dass der Probenhalter eine Kühleinrichtung und/oder Heizeinrichtung aufweist, um in der Messposition die Probe kühlen und/oder heizen zu können.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.
Dabei zeigt : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einer Objektivlinse eines Transmissionselektronenmikroskops in einer
Seitenansicht eine frontale Schnittansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 eine Vorrichtung ohne Sammelspiegel in einer schematischen Ansicht analog zu Fig. 2 bei verkipptem Probenhalter eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems in einer seitlichen Schnittansicht
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Weiterleitung von Kathodolumineszenz-Licht bei einer Kathodolumineszenz-Messung in einem
Transmissionselektronenmikroskop schematisch in einer
Seitenansicht dargestellt. Die Vorrichtung weist obere
Umlenkspiegel 8 und untere Umlenkspiegel 8 ' auf, die mit einem Basiskörper 6 verbunden sind. Hierdurch sind die Umlenkspiegel 8, 8 ' relativ zu einander und relativ zum Basiskörper 6 lagefixiert .
Die Anordnung der Umlenkspiegel 8, 8 ' ist dabei so gewählt, dass sie in einer Betriebsposition der Vorrichtung in einem Spalt 12 einer Objektivlinse eines
Transmissionselektronenmikroskops, zwischen oberen Polen 1 und unteren Polen 1 ' der Objektivlinse positionierbar sind und gleichzeitig ein sich in einer Messposition befindender
Probenhalter 4 zwischen den oberen Umlenkspiegeln 8 und den unteren Umlenkspiegeln 8 ' aufgenommen werden kann. Dies ist in Fig. 1 illustriert, wo solche Pole 1, 1 ' sowie ein Probenhalter 4 in Messposition eingezeichnet sind.
In der Messposition verläuft eine optische Achse 11 der
Objektivlinse bzw. des Transmissionselektronenmikroskops durch eine im Probenhalter 4 gehaltene Probe 5, die z.B. Fig. 2 eingezeichnet ist. In der frontalen Schnittansicht der Fig. 2 ist außerdem gut erkennbar, dass im gezeigten
Ausführungsbeispiel zwei obere Umlenkspiegel 8 und zwei untere Umlenkspiegel 8 ' vorhanden sind. In einer Normalrichtung 15 gesehen, die normal auf die optische Achse 11 steht, verläuft die optische Achse 11 sowohl zwischen den beiden oberen
Umlenkspiegeln 8 als auch zwischen den beiden unteren
Umlenkspiegeln 8 ' . Entsprechend kann ein Elektronenstrahl ungehindert zwischen den oberen Umlenkspiegeln 8 und den unteren Umlenkspiegeln 8 ' hindurch treten, sodass die Probe 5 problemlos durchstrahlt werden kann. Eine
Elektronenstrahlrichtung 16, unter welcher die im
Transmissionselektronenmikroskop beschleunigten Elektronen (nicht dargestellt) auf die Probe 5 auftreffen, ist in Fig. 1 und Fig. 2 ebenfalls eingezeichnet.
Die Umlenkspiegel 8, 8 ' sind so ausgelegt, dass von der Probe 5 emittiertes Kathodolumineszenz-Licht aus dem Spalt 12 heraus reflektiert wird. Die Umlenkspiegel 8 reflektieren dabei
Kathodolumineszenz-Licht, das aus der Probe 5 bzw. von einer Oberseite der Probe 5 in Richtung zu den oberen Polen 1 austritt, und die Umlenkspiegel 8 ' reflektieren
Kathodolumineszenz-Licht, das aus der Probe 5 bzw. von einer Unterseite der Probe 5 in Richtung zu den unteren Polen 1 ' austritt. Somit wird Kathodolumineszenz-Licht mit einer maximalen optischen Leistung aus dem Spalt 12 heraus
reflektiert .
Die Umlenkspiegel 8, 8 ' sind in der Ausführungsform von Fig. 1 und Fig. 2 als prismenförmige Stäbe mit einem rechtwinkeligen Dreieck als Grundfläche ausgeführt. Jeder Umlenkspiegel 8, 8 ' weist eine reflektierende Fläche auf, die von der optischen Achse 11 weg weist und mit dieser einen Winkel von ca. 45° einschließt . Weiters sind in der Ausführungsform von Fig. 1 und Fig. 2 obere Sammelspiegel 9 und untere Sammelspiegel 9 ' vorgesehen, wobei für jeden Umlenkspiegel 8, 8 ' ein Sammelspiegel 9, 9 ' vorgesehen ist. Jeder obere Sammelspiegel 9 sammelt das vom zugehörigen oberen Umlenkspiegel 8 aus dem Spalt 12 heraus reflektierte Kathodolumineszenz-Licht und reflektiert dieses in jeweils einen oberen Lichtleiter 10. Jeder untere
Sammelspiegel 9 ' sammelt das vom zugehörigen unteren
Umlenkspiegel 8 ' aus dem Spalt 12 heraus reflektierte
Kathodolumineszenz-Licht und reflektiert dieses in jeweils einen unteren Lichtleiter 10 ' .
Hierzu sind die Sammelspiegel 9, 9 ' als elliptische Spiegel ausgebildet, wobei ein Brennpunkt des jeweiligen
Sammelspiegels 9, 9 ' in der Bildebene des zugehörigen
Umlenkspiegels 8, 8 ' liegt. Der andere Brennpunkt des
jeweiligen Sammelspiegels 9, 9 ' liegt in der Ebene eines
Eingangs des zugehörigen Lichtleiters 10, 10y. Über die
Lichtleiter 10, 10 ' kann das Kathodolumineszenz-Licht
weitertransportiert werden, um in der Folge auch einem
Detektor (nicht dargestellt) zugeführt zu werden. Die Sammelspiegel 9, 9 ' sind außerhalb des Spalts 12
angeordnet, wo genug Platz für die Sammelspiegel 9, 9 ' vorhanden ist. Vorzugsweise sind die Sammelspiegel 9, 9 ' mit dem Basiskörper 6 verbunden, sodass die Lage der Sammelspiegel 9, 9 ' zu den Umlenkspiegeln 8, 8 ' einmal fixiert werden kann und nicht extra für jede Messung neu eingestellt werden muss.
Wie insbesondere in Fig. 2 gut zu erkennen ist, können die Umlenkspiegel 8, 8 ' sehr platzsparend ausgeführt werden, sodass deren Anordnung im Spalt 12 problemlos möglich ist, auch wenn eine parallel zur optischen Achse 11 gemessene
Spalthöhe 13 relativ gering ist. Insbesondere finden die
Umlenkspiegel 8, 8 ' auch in einem Spalt 12 mit einer Spalthöhe 13 von weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 4 mm Platz, was den Einsatz in atomar auflösenden
Transmissionselektronenmikroskopen ermöglicht .
Zudem gewährleistet der geringe Platzbedarf der Umlenkspiegel 8, 8, dass Probenhalter 4 eingesetzt werden können, die Heiz- und/oder Kühlfunktionalität aufweisen. Schließlich ermöglicht der geringe Platzbedarf der
Umlenkspiegel 8, 8 ' die problemlose Verkippung des
Probenhalters 4 um eine Probenhalterachse 14, die quer, vorzugsweise normal auf die optische Achse 11 steht. Dies ist in Fig. 3 illustriert, wobei die dort gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Sammelspiegel 9, 9 ' aufweist. Da, wie oben erläutert, die Sammelspiegel 9, 9 ' jedenfalls außerhalb des Spalts 12 angeordnet werden,
beeinflussen diese die Verkippbarkeit des Probenhalters 4 nicht. D.h. die Darstellung der Fig. 3 ist selbstverständlich auch für Ausführungsformen mit Sammelspiegel 9, 9 ' analog gültig .
In Fig. 3 ist der Probenhalter 4 bei einem maximalen
Verkippwinkel OC dargestellt. Der Verkippwinkel OC wird dabei grundsätzlich durch die Spalthöhe 13 begrenzt. Bei der
Auslegung der Umlenkspiegel 8, 8 ' kann dies sinnvollerweise berücksichtigt werden. D.h. die Umlenkspiegel 8, 8 ' sind idealerweise gerade so zu dimensionieren, dass der
Verkippwinkel OC nicht durch die Umlenkspiegel 8, 8 ' , sondern durch die zur Verfügung stehende Spalthöhe 13 begrenzt wird. Im Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, beträgt der maximale Verkippwinkel OC ca. 27°. Je nach Spalthöhe 13 und Dimensionierung des Probenhalters 4 sind aber auch maximale Verkippwinkel OC von bis zu 32° möglich. Die Auslegung der Umlenkspiegel 8, 8 ' gestattet aber vorzugsweise jedenfalls einen Verkippwinkel OC von mindestens 25°.
Fig. 4 zeigt schließlich eine Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Systems zur Messung von Kathodolumineszenz- Licht, wobei das System ein Transmissionselektronenmikroskop umfasst, dessen Außenwände 2 in Fig. 4 eingezeichnet sind, sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Sammelspiegeln 9, 9 ' . Das Transmissionselektronenmikroskop weist eine
Probenschleuse 3 auf, über welche Proben 5 eingebracht werden können, ohne das Vakuum im Transmissionselektronenmikroskop zu brechen. Der Probenhalter 4 samt Probe 5 ist in Fig. 4 in der Messposition dargestellt. Die Vorrichtung und damit auch die Umlenkspiegel 8, 8 ' befinden sich in ihrer Betriebsposition, um Kathodolumineszenz-Licht aus dem Spalt 12 heraus und weiter zu einem Detektor zu leiten.
Die Weiterleitung erfolgt zunächst, wie oben beschrieben, über die Lichtleiter 10, 10 ' innerhalb des
Transmissionselektronenmikroskops. Um das Kathodolumineszenz- Licht zu einem außerhalb des Transmissionselektronenmikroskops angeordneten Detektor (nicht dargestellt) führen zu können, sind die Lichtleiter 10, 10 ' mit außen liegenden Anschlüssen 7 für Glasfaserkabeln (nicht dargestellt) verbunden, welche Glasfaserkabeln schließlich am Detektor angeschlossen werden.
Der Probenschleuse 3 gegenüberliegend ist eine vakuumdichte Schubvorrichtung 17, beispielsweise in Form eines Faltenbalgs angeordnet, welche Schubvorrichtung 17 eine Bewegung der
Vorrichtung, und damit insbesondere der Umlenkspiegel 8, 8 ' parallel zur Normalrichtung 15 ermöglicht. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Basiskörper 6 innerhalb der vakuumdichten Schubvorrichtung 17 angeordnet und daher in Fig. 4 nicht sichtbar. Somit können auf einfache Art und Weise die Vorrichtung und damit insbesondere die Umlenkspiegel 8, 8 ' zwischen der Betriebsposition und einer Ausgangsposition hin und her gefahren werden. In der Ausgangsposition sind die Umlenkspiegel 8, 8 ' außerhalb des Spalts 12 angeordnet. Die Ausgangsposition kann also dann eingenommen werden, wenn keine Kathodolumineszenz-Messung erfolgen soll. Es steht dann etwas mehr Platz im Spalt 12 zur Verfügung, was z.B. für den Einsatz von größer dimensionierten Probenhaltern 4 genutzt werden kann .
BEZUGSZEICHENLISTE Oberer Pol einer Objektivlinse eines
Transmissionselektronenmikroskops ' Unterer Pol der Objektivlinse Außenwand des Transmissionselektronenmikroskops Probenschleuse Probenhalter Probe Basiskörper Anschlüsse für Glasfaserkabel Oberer Umlenkspiegel ' Unterer Umlenkspiegel Oberer Sammelspiegel ' Unterer Sammelspiegel 0 Oberer Lichtleiter 0 ' Unterer Lichtleiter 1 Optische Achse 2 Spalt 3 Spalthöhe 4 Probenhalterachse 5 Normalrichtung 6 Elektronenstrahlrichtung 7 Vakuumdichte Schubvorrichtung Ŗerkippwinkel

Claims

A N S P R Ü C H E
Vorrichtung zur Weiterleitung von Kathodolumineszenz-Licht bei einer Kathodolumineszenz-Messung in einem
Transmissionselektronenmikroskop, welches eine
Objektivlinse mit mindestens einem oberen Pol (1) und mindestens einem unteren Pol ( 1 ' ) umfasst, wobei zwischen dem mindestens einen oberen Pol (1) und dem mindestens einen unteren Pol ( 1 ' ) ein Spalt (12) ausgebildet ist, in welchem Spalt (12) ein Probenhalter (4) mit einer Probe so positionierbar ist, dass in einer Messposition des
Probenhalters (4) eine optische Achse (11) der
Objektivlinse bzw. des Transmissionselektronenmikroskops durch die Probe (5) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Basiskörper (6) sowie mindestens einen oberen Umlenkspiegel (8) und mindestens einen unteren Umlenkspiegel ( 8 ' ) umfasst, wobei die
Umlenkspiegel (8, 8 ' ) mit dem Basiskörper (6) verbunden sind und wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass in einer Betriebsposition der Vorrichtung die Umlenkspiegel
(8, 8 ' ) so im Spalt (12) anordenbar sind, dass die
Umlenkspiegel (8, 8 ' ) jeweils seitlich von der optischen Achse (11) angeordnet sind und entlang der optischen Achse
(11) gesehen der Probenhalter (4) in seiner Messposition zwischen dem mindestens einen oberen Umlenkspiegel (8) und dem mindestens einen unteren Umlenkspiegel ( 8 ' ) angeordnet ist, wobei die Umlenkspiegel (8, 8 ' ) derart ausgelegt sind, dass das von der Probe (4) emittierte
Kathodolumineszenz-Licht quer zur optischen Achse (11) aus dem Spalt (12) heraus reflektiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei obere Umlenkspiegel (8) und zwei untere Umlenkspiegel ( 8 ' ) vorgesehen sind, wobei in der Betriebsposition in einer auf die optische Achse (11) normal stehenden
Normalrichtung (15) gesehen die optische Achse (11) sowohl zwischen den zwei oberen Umlenkspiegeln (8) als auch zwischen den zwei unteren Umlenkspiegeln ( 8 ' ) angeordnet ist .
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegel (8, 8 ' ) derart ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition das von der Probe (4) emittierte Kathodolumineszenz-Licht jeweils von der optischen Achse (11) weg reflektiert wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiters mindestens ein oberes Sammelelement (9) und mindestens ein unteres Sammelelement ( 9 ' ) umfasst sowie mindestens einen oberen Lichtleiter (10) und mindestens einen unteren Lichtleiter (10y), wobei die Sammelelemente (9, 9 ' ) und Lichtleiter (10, 10y) so ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition das mindestens eine obere Sammelelement (9) das vom mindestens einen oberen Umlenkspiegel (8) reflektierte Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in den mindestens einen oberen Lichtleiter (10) leitet und dass das
mindestens eine untere Sammelelement ( 9 ' ) das vom
mindestens einen unteren Umlenkspiegel ( 8 ' ) reflektierte Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in den mindestens einen unteren Lichtleiter (10y) leitet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine obere Sammelelement als mindestens ein oberer Sammelspiegel (9) ausgeführt ist und dass das mindestens eine untere Sammelelement als mindestens ein unterer Sammelspiegel (9y) ausgeführt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine obere Sammelspiegel (9) als
elliptischer Spiegel ausgebildet ist, wobei ein Brennpunkt des mindestens einen oberen Sammelspiegels (9) in der Bildebene des mindestens einen oberen Umlenkspiegels (8) liegt, und dass der mindestens eine untere Sammelspiegel ( 9 ' ) als elliptischer Spiegel ausgebildet ist, wobei ein Brennpunkt des mindestens einen unteren Sammelspiegels
( 9 ' ) in der Bildebene des mindestens einen unteren
Umlenkspiegels ( 8 ' ) liegt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, sofern
abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei obere Sammelspiegel (9), zwei obere Lichtleiter (10), zwei untere Sammelspiegel ( 9 ' ) und zwei untere Lichtleiter (10y) vorgesehen sind, wobei die Sammelspiegel (9, 9 ' ) und Lichtleiter (10, 10y) so ausgelegt sind, dass in der
Betriebsposition jeder obere Sammelspiegel (9) jeweils das von einem der oberen Umlenkspiegel (8) reflektierte
Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in jeweils einen der oberen Lichtleiter (10) leitet und jeder untere
Sammelspiegel ( 9 ' ) jeweils das von einem der unteren
Umlenkspiegel ( 8 ' ) reflektierte Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in jeweils einen der unteren Lichtleiter (10y) leitet .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegel (8, 8 ' )
prismenförmig ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Umlenkspiegel (8, 8 ' ) eine reflektierende Fläche aufweist, welche mit der optischen Achse (11) einen Winkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise zwischen 40° und 50°, besonders bevorzugt zwischen 44° und 46° aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegel (8, 8 ' ) zylindrisch oder elliptisch ausgebildet sind.
11. Detekt ionsvorrichtung zur Detektion von
Kathodolumineszenz-Licht bei einer Kathodolumineszenz- Messung in einem Transmissionselektronenmikroskop, dadurch gekennzeichnet, dass die Detekt ionsvorrichtung eine
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst sowie einen Detektor, um das weitergeleitete
Kathodolumineszenz-Licht energiedispersiv zu detektieren.
12. System zur Messung von Kathodolumineszenz-Licht, das System umfassend ein Transmissionselektronenmikroskop, welches eine Objektivlinse mit mindestens einem oberen Pol
(I) und mindestens einem unteren Pol ( 1 ' ) beinhaltet, wobei zwischen dem mindestens einen oberen Pol (1) und dem mindestens einen unteren Pol ( 1 ' ) ein Spalt (12)
ausgebildet ist, in welchem Spalt (12) ein Probenhalter (4) mit einer Probe so positionierbar ist, dass in einer
Messposition des Probenhalters (4) eine optische Achse
(II) der Objektivlinse bzw. des
Transmissionselektronenmikroskops durch die Probe
verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein oberer Umlenkspiegel (8) und mindestens ein unterer
Umlenkspiegel ( 8 ' ) vorgesehen sind, wobei in einer
Betriebsposition der Umlenkspiegel (8, 8 ' ) die
Umlenkspiegel (8, 8 ' ) so im Spalt (12) angeordnet sind, dass die Umlenkspiegel (8, 8 ' ) jeweils seitlich von der optischen Achse (11) angeordnet sind und entlang der optischen Achse (11) gesehen der Probenhalter (4) in seiner Messposition zwischen dem mindestens einen oberen Umlenkspiegel (8) und dem mindestens einen unteren
Umlenkspiegel ( 8 ' ) angeordnet ist, wobei die Umlenkspiegel (8, 8 y ) derart ausgelegt sind, dass das von der Probe (4) emittierte Kathodolumineszenz-Licht quer zur optischen Achse (11) aus dem Spalt (12) heraus reflektiert wird.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei obere Umlenkspiegel (8) und zwei untere Umlenkspiegel ( 8 ' ) vorgesehen sind, wobei in der Betriebsposition in einer auf die optische Achse (11) normal stehenden
Normalrichtung (15) gesehen die optische Achse (11) sowohl zwischen den zwei oberen Umlenkspiegeln (8) als auch zwischen den zwei unteren Umlenkspiegeln ( 8 ' ) angeordnet ist .
14. System nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegel (8, 8 ' ) derart ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition das von der Probe (4) emittierte Kathodolumineszenz-Licht jeweils von der optischen Achse (11) weg reflektiert wird.
15. System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiters mindestens ein oberes Sammelelement (9) und mindestens ein unteres
Sammelelement ( 9 ' ) umfasst sowie mindestens einen oberen Lichtleiter (10) und mindestens einen unteren Lichtleiter (10y), wobei die Sammelelemente (9, 9 ' ) und Lichtleiter (10, 10y) so ausgelegt sind, dass in der Betriebsposition das mindestens eine obere Sammelelement (9) das vom mindestens einen oberen Umlenkspiegel (8) reflektierte Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in den mindestens einen oberen Lichtleiter (10) leitet und dass das
mindestens eine untere Sammelelement ( 9 ' ) das vom
mindestens einen unteren Umlenkspiegel ( 8 ' ) reflektierte Kathodolumineszenz-Licht sammelt und in den mindestens einen unteren Lichtleiter (10y) leitet.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das das mindestens eine obere Sammelelement als mindestens ein oberer Sammelspiegel (9) ausgeführt ist und dass das mindestens eine untere Sammelelement als mindestens ein unterer Sammelspiegel ( 9 ' ) ausgeführt ist.
17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine obere Sammelspiegel (9) als elliptischer Spiegel ausgebildet ist, wobei ein Brennpunkt des mindestens einen oberen Sammelspiegels (9) in der Bildebene des mindestens einen oberen Umlenkspiegels (8) liegt, und dass der mindestens eine untere Sammelspiegel ( 9 ' ) als elliptischer Spiegel ausgebildet ist, wobei ein
Brennpunkt des mindestens einen unteren Sammelspiegels ( 9 ' ) in der Bildebene des mindestens einen unteren
Umlenkspiegels ( 8 ' ) liegt.
18. System nach einem der Ansprüche Anspruch 16 bis 17, sofern abhängig von Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei obere Sammelspiegel (9) und zwei untere
Sammelspiegel ( 9 ' ) vorgesehen sind, wobei die
Sammelspiegel (9, 9 ' ) so ausgelegt sind, dass in der
Betriebsposition jeder obere Sammelspiegel (9) jeweils das von einem der oberen Umlenkspiegel (8) reflektierte
Kathodolumineszenz-Licht sammelt und jeder untere
Sammelspiegel ( 9 ' ) jeweils das von einem der unteren
Umlenkspiegel ( 8 ' ) reflektierte Kathodolumineszenz-Licht.
19. System nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegel (8, 8 ' )
prismenförmig ausgebildet sind.
20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Umlenkspiegel (8, 8 ' ) eine reflektierende Fläche aufweist, welche mit der optischen Achse (11) einen Winkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise zwischen 40° und 50°, besonders bevorzugt zwischen 44° und 46° aufweist.
21. System nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegel (8, 8 ' ) zylindrisch oder elliptisch ausgebildet sind.
2. System nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass weiters ein Detektor vorgesehen ist um das Kathodolumineszenz-Licht energiedispersiv zu detektieren .
23. System nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine parallel zur optischen Achse (11) gemessene Spalthöhe (13) maximal 5 mm beträgt.
24. System nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsposition der in der Messposition angeordnete Probenhalter (6) um eine
Probenhalterachse (14) drehbar ist, wobei die
Probenhalterachse (14) quer zur optischen Achse (11) verläuft und die Probenhalterachse (14) vorzugsweise normal auf die optische Achse (11) steht.
25. System nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhalter (6) eine
Kühleinrichtung und/oder Heizeinrichtung aufweist, um in der Messposition die Probe kühlen und/oder heizen zu können .
26. System nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ausgangsposition der
Umlenkspiegel (8, 8 ' ) die Umlenkspiegel (8, 8 ' ) außerhalb des Spalts (12) angeordnet sind und dass die Umlenkspiegel (8, 8 ' ) zwischen der Ausgangsposition und der
Betriebsposition hin und her bewegbar sind.
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