low-voltage EELS

Unter „low-voltage“ werden in der Transmissionselektronenmikroskopie Hochspannungen unterhalb von 60 kV verstanden. Am USTEM stehen für die Energieverlustspektrometrie Hochspannungen von 6 – 100 kV zur Verfügung.

Dieses Forschungsprojekt wird momentan als Eigenforschung geführt. Ein kleiner finanzieller Beitrag wurde von der Hochschuljubiliäumsstiftung der Stadt Wien, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster gestiftet, um eine Probenhalterevakuierungsstation zu bauen, welche helfen soll, Kontaminationen des Halters so gering zu halten, dass sie bei den hochempfindlichen Experimenten keine Rolle spielen.

Das Ziel ist es, mittels EELS die dielektrischen und elektronischen Eigenschaften von ultra-dünnen dielektrischen Schichten zu bestimmen und den Quantumsize Effect experimentell zugänglich zu machen. Dafür sind folgende Schritte notwendig:

  • Adaptierung der Präparationstechniken für ultra-dünne selbsttragende Filme (<2nm ohne Oberflächenbeschädigung)
  • Experimentelle Handhabung der Elektronenmikroskopie bei niedrigen Hochspannungen (20 – 40 kV). Bestimmung der Arbeitsmöglichkeiten und des Auflösungsvermögens im TEM und STEM Modus.
  • Kalibrierung des Energiefilters für niedrige Hochspannungen (20 und 40 kV).
  • Low loss EELS unter Vermeidung relativistischer Energieverluste (Cerenkov-Verluste und Lichtleiter Moden) von ultra-dünnen Schichten und Auswertung unter Verwendung der Maxwell’schen Gleichungen
  • Core loss EELS Messungen zur Untersuchung der Feinstruktur (DOS), welche die elektronische Zustandsdichte wiederspiegelt
  • Computergestützte Nachschärfung der EELS Spektren mittels Maximum-Likelihood und Maximum-Entropie Methoden (Richardson-Lucy Entfaltungen)
  • Berechnung der Zustandsdichten mittels Dichte-Funktional Theorie (Wien2k)
  • Berechnung der Joint Density of States (JDOS) mittels Bethe-Salpeter Gleichungen (EXCiT!NG)

Da das Feldemissionsgerät nicht ausreichend Intensität bei niedrigen Spannungen liefert, wird dieses LV-EELS ausschließlich am TECNAI G20 durchgeführt. Die niedrigen Hochspannungen sind deswegen notwendig, da die mittlere freie Weglänge für inelastische Elektronenstreuung (mean free path – MFP) mit abnehmender Hochspannung ebenfalls abnimmt. Dadurch ist es möglich, auch sehr dünne Proben mit einem akzeptablem Verhältnis Dicke/MFP zu messen. Das wiederum mindert die Einflüsse der spektralen  Oberflächenanteile relativ zu den Volumenanteilen.

Da dieses Thema bereits weite Wellen geschlagen hat, erschien 2014 ein Special Issue „Low Voltage Electron Microscopy“ in der Fachzeitschrift Ultramicroscopy. Als Gast-Editoren wurden Prof. Ute Kaiser, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster von der Uni Ulm, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (SLAVE Projekt, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster) und Priv.-Doz. Michael Stöger-Pollach eingeladen.

Kontakt

Portrait von Michael Stöger-Pollach

Priv.-Doz. Dr. Michael Stöger-Pollach

01 58801 45204
01 58801 13820

Facts

144Zitierungen: "Transmission electron microscopy at 20kV for imaging and spectroscopy", U. Kaiser, M. Stöger-Pollach, et al., Utramicroscopy 111 (2011), pp. 1239-1246

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