DEVICE AND METHOD FOR THE DEMONSTRATION OF SURFACE WAVES

Abstract: 1. A device for rendering visible surface waves (SAW) on a specimen (PR) by means of a corpuscular beam (PE), a detector (DT) which detects the secondary electrons (SE) triggered by the corpuscular beam (PE) on the specimen (PR), a visual display device (MO) which represents a secondary electron signal in dependence upon the location of the corpuscular beam (PE) on the specimen (PR), and a device for generating surface waves (SAW) of a specified frequency, characterised in that the device which generates the surface waves (SAW) is preceded by a frequency generator (SH) which defines the specified frequency, that the visual display device (MO) is preceded by a lock-in amplifier (LIV) whose input is supplied with the secondary electron signal and whose reference input (RV) is supplied with an output signal of the frequency generator (HS) which has the specified frequency, that the output signal of the lock-in amplifier (LIV) is connected to an input of the visual display device (MO) and that the corpuscular beam (PE) is continuously-connected.

Description: Vorrichtung und Verfahren zum Nachweis von Oberflächenwellen. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von Oberflächenwellen mit einer Korpuskularsonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren. Laufende Oberflächenwellen sollen 2it eine Korpuskular- strahl sichtbar gemacht werden. Es ist bekannt, laufende Oberflächenwellen mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Messgeräts nach der Methode des Potentialkontrasts na ca de- Sampling-Prinzip sichtbar zu machen (H.P. Feuerbaum et al, S@anning Electron Microscopy/1980/1, 503-508). Bei dieser bekannten Methode zur Sichtbarmachung von laufenden Oberflächenwellen wird ein Elektronenstrehl mit Hilfe eines Strahlaustastsystems synchron mSt der Frequenz der laufenden Oberflächenwellen gepulst. Bilder von laufenden Oberflächenwellen, die mit einem solchen bekannten Verfahren gewon- nen worden sind, zeigen die Ausbreitung dieser Oberflä- chenwellen zu einer bestimmten Phase des periodischen Vorgangs. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, die gegenüber dem bekannten Sampling Verfahren eine Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit um einige Grössenordnungen erlauben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach dem Anspruch 2 gelöst. Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in der Beschreibung und der Zeichnung dargestellt. Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Sichtbarmachung von Oberflächenwellen. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung für eine erfindungsgemässe Sichtbarmachung von Oberflächenwellen SAW ist in der Figur dargestellt. Ein Frequenzsynthetisator SH erzeugt eine beliebig wählbare Schwingung, mit der sowohl die Probe PR zur Bildung von laufenden Oberflächenwellen SAW angeregt wird als auch der lock-in-Verstärker LIV angesteuert wird. Ein Frequenzsynthetisator SH ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von nahezu oberwellenfreien Schwingungen mit sehr hoher Frequenzkonstanz. Ein Frequenzsynthetisator SH leitet die synthetisierten Fre quenzen durch Vervielfachung oder durch Teilung von der Frequenz eines Normalfrequenzgenerators ab. Ein Frequenzsynthetisator SH dient z.B. für Messzwecke oder zur Ansteuerung von Sendern, den Frequenz häufig gewechselt werden muss. Die vom Frequenzsynthetisator SH zur Probe PR Toermit- telte Schwingung wird zwischendurch noch durch einen Verstärker VS verstärkt. Die vom Frequenzsynthetisator SH erzeugte Schwingung wird zum lock-in-Verstärker LIV über den Eingang RV am lock-in-Verstärker LIV für die Rexerenz- spannung übermittelt. Oberflächenwellen SAt können auf der Probe PR beispielsweise durch Fingerwandler hervorge rufen werden, die mit einer bestimmen Frequenz vom Fre quenzsynthetisator SH angesteuert werden. Der ständig eingeschaltete Primär-Elektronenstrahl PE rastert einen Teil der Oberfläche der Probe PR ab und löst dabei auf der Probe PR Sekundärelektronen SE aus. Die Zahl der am Detektor DT nachgewiesenen Sekundärelektropen SE variiert dabei nach der Methode des Potentialkontrasts mit dem Potential am jeweiligen Messpunkt, auf den gerade der Primär-Elektronenstrahl PE gerichtet ist. Die Sekundärelektronen SE lösen im Detektor DT über einen Szintillator ein Sekundärelektronen-Signal aus Dieses Sekundärelektronen-Signal wird in einem Fotomultiplier PM weiterbehandelt und dann verstärkt. Nach Verstärkung des Sekundärelektronen-Signals in der schnellen Szintil- lator-Fotomultiplier-Kombination nach der Figur werden die durch Oberflächenwellen SAW verursachten Signalschwankungen im Sekundärelektronen-Signal mit dem lock-in-Verstärker LIV nachgewiesen. in solches erfindungsgemässes Verfahren erlaubt gegenüber dem aus der obengenannten Literaturstelle bekannten Sampling-Verfahren eine Xerbes- serung der Nachweisempfindlichkeit von Signalschwankungen im Sekundärelektronen-Signal um Grössenordnungen. Das im lock-in-Verstärker LIV nachgewiesene Messsignal kann beispielsweise auf einem Monitor MO in Abhängigkeit von der Position des Primär-Elektronenstrahls PE auf der Probe FR sichtbar gemacht werden. Beim .Abrastert eines Teiles der Oberfläche der Probe FR erhält men dann auf dem Schirm des Monitors MO ein Potentialkontrastbild der Signalschwankungen im Sekundärelektronen-Signal, die durch Oberflächenwellen SAW hervorgerufen worden sind. Über ein solches Potentialkontrastbild auf dem Monitor MO können dann die jeweilige Oberflächenwellen SAW sichtbar gemacht werden. Als lock-in-Verstärker kann beispielsweise ein Ithaco Dynatrac model 391A verwendet werden. Der lock-in-Verstärker LIV lässt nur solche Teile des Messsignals auf dem Schirm des Monitors M0 sichtbar werden1 die dieselbe Frequenz aufweisen wie die auf einer geeigneten, beispielswelse piezoelektrischen, Oberfläche der Probe PR angeregten Oberflächenwellen SAW, weil genau dieselbe Schwingung, mit der die Oberflächenwellen SAW auf der Probe FR angeregt werden, auch am Referenzspannungs- Eingang RV des lock-in-Verstärkers LIV anlegt wird. Ein erfindungsgemässes Verfahren benötigt beispielsweise im Gegensatz zum genannten Stand der Technik kein gepulstes Strahlaustastsystem. Der lock-in-Verstärker LIV lässt auf den Monitor MO die Amplitude desjenigen Signalanteils im Sekundärelektronen-Signal sichtbar wer con, der genau dieselbe Frequenz wie die Oberflächen- ellen 5Tq aufweist. Auf dem Monitor M0 wird also im. Gegensatz zum genannten Stand der Technik nicht eine Phase von periodischen Vorgängen sichtbar, sondern es wird diejenige Amplitude als Funktion der abgerasterten Messpunkte auf der Oberfläche der Probe PR sichtbar gemacht, die zu dem Signalanteil des Sekundärelektronen- Signals gehört der genau dieselbe Frequenz wie die Oberflächenwellen SAW besitzt. Schwankungen innerhalb dieser Amplitude in Abhängigkeit von den abgerasterten Messpunkten auf der Oberflache der Probe PR können mit einem erfindungsgemässen Verfahren mit einer ser hohen Nachweisempfindlichkeit ermittelt werden. Der Primär-Elektronenstrahl PE kann beispielsweise mit 2,5 kV beschleunigt werden. Bei dieser Beschleunigungsspannung werden isolierende Kristalle, bei denen Oberflächenwellen SAW angeregt werden können, nicht aufgela den. Der Primär-Elektronenstrahl PE kann einen Durchmesser von 1,2 m aufweisen, womit ein Strahlstrom von 10-7A erreicht wird.

Claims: Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Nachweis von Oberflächenwellen (SAw) mit einer Korpuskularsonde (PE), mit einem Detektor (DT) zum Nachweis von Sekundärelektronen (SE), g e k e n n z e i c h n e t durch einen lock-in-Verstärker (LIV) zum Nachweis von durch Oberflächenwellen (SAW) verursachten Schwankungen im Sekundärelektronen-Signal. 2. Verfahren zum Nachweis von Oberflächenwellen (SAW), bei dem eine Korpuskularsonde (PE) auf einer Probe (PR) Sekundärelektronen (SE) auflöst, bei dem ein SeZundär- elektronen-Signal in einem Detektor (DT) nachgewiesen wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Schwan- kungen des Sekundärelektronen-Signals, die durch Oberflächenwellen (SAW) hervorgerufen werden, mit eines lock-in- Verstärker (LIV) nachgewiesen werden.

Inventors: FEUERBAUM, HANS-PETER, DR. DIPL.-PHYS.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: G01H9
IPC codes: G01H9, G01H11, G01N29