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Hochleistungs-Transmissionselektronenmikroskop

Subject Area Condensed Matter Physics
Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
Term Funded in 2008
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 84293344
 
Final Report Year 2014

Final Report Abstract

Das beantragte Hochleistungs-Transmissionselektronenmikroskop (TEM) mit 300 kV Beschleunigungsspannung und Image Cs-Korrektor ist bereits beim Hersteller für die Elektronenholographie mit zwei Biprismen elektronenoptisch modifiziert worden. Nach Aufstellung in dem neu errichteten Elektronenmikroskopiegebäude ist die Elektronenquelle durch eine Schottky-Feldemissionsquelle mit besonders hohem Richtstrahlwert nachgerüstet worden. Ein großer Teil der wissenschaftlichen Arbeiten haben sich zunächst um primär methodische Fragestellungen gedreht: Im Rahmen einer Doktorarbeit wurde beispielsweise die Elektronenoptik des Instrumentes näher studiert und optimale Aufnahmebedingungen für Elektronenhologramme unter Verwendung beider Biprismen sowohl für Messungen von Potentialverteilungen im Nanometerbereich als auch zur Bestimmung atomarer Strukturen gefunden. Durch Aufnahme von Hologrammserien und unter Verwendung entsprechend entwickelter Algorithmen zur Hologrammrekonstruktion wurde in einer anderen Arbeit das Signal-zu-Rausch Verhältnis in den rekonstruierten Elektronenwellen erheblich gesteigert. Die methodischen Arbeiten sind u.a. Grundlage für die Kooperation mit dem Triebenberg Labor der TU Dresden für erste Experimente zur Aufnahme von holographischen Tomographieserien zur 3D Rekonstruktion von Potentialverteilungen in Halbleiterstrukturen. Neben den methodischen Fragestellungen rücken auch immer mehr die Anwendung der Methoden vornehmlich auf festkörperphysikalische Fragestellungen in den Mittelpunkt: In einer engen Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik werden beispielsweise virtuelle GaN Substrate, die ein Pufferschichtsystem zur Anpassung der Gitterkonstanten und thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Si-Substrat und einem GaN besitzen, mittels aberrationskorrigierter HRTEM zur Charakterisierung der Interfaces untersucht. Ein weiterer wichtiger Schwerpunkt der Experimente an diesem Instrument sind sowohl methodische Arbeiten als auch die Anwendung der Methoden zur Charakterisierung der atomaren Struktur und der Potentialverteilungen in Halbleiter-Nanostrukturen und -Bauelementen, wie sie im Sonderforschungsbereich 787 "Halbleiter- Nanophotonik" hergestellt werden. So konnte gezeigt werden, dass im Nitrid-System der Elektronenstrahl nicht nur strukturelle Strahlschädigungen hervorruft, sondern insbesondere auch die Potentialverteilung in den Halbleiterstrukturen durch Erzeugung von Elektron-Loch Paaren verschiebt, was bei einer quantitativen Auswertung der holographisch rekonstruierten Elektronenwellen berücksichtigt werden muss. Zu dieser Thematik besteht ein Austausch mit dem Center for Nanoscopy an der Denmark Technical University in Kopenhagen/Lyngby. Durch Etablierung der Dunkelfeld-Elektronenholographie können jetzt auch Verzerrungsfelder mit hoher Präzession und mit Auflösungen im 10 nm Bereich bestimmt werden. Insbesondere die Untersuchung des Stressor-unterstützten Wachstums von Quantenpunkten in nanophotonischen Halbleiterstrukturen liefert wichtige strukturelle Daten für die Modellierung der Devices. Die exzellente Leistungsfähigkeit des Instruments, die auf die hohe Stabilität und den Bildfehlerkorrektor begründet ist, erlaubt auch aus HRTEM-Aufnahmen die quantitative Bestimmung der Indium-Verteilung in InAs/GaAs-Submonolagen (SML), was wichtig zum Verständnis der SML-Quantenpunkte ist.

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