Experimentelle Untersuchungen zum Kontrast cUinner Schichten im 



Elektronenmikroskop 



W. LlPPERT 



Max-Planck-Institut fiir Biophysik, Frankfurt a. M. 



Die elektronenmikroskopische Durchlassigkcil diin- 

 ner Schichten ist sowohl von dor theoretischen als 

 auch von der praktischen Seite von gewissem In- 

 teresse. Neuere theoretische Untersuchungen von 

 Lenz (3) haben iiltere Ergebnisse (1,2) modifiziert, 

 und es erscheint zweckmiiBig einmal zu priifen, inwie- 

 wcit diese Theorien die Verhiihnisse bei praktisch 

 vorkommenden Schichten wiedergeben. Zum an- 

 deren besteht immer wieder einmal der Wunsch, 

 aus der eiektronenmikroskopischen Durchliissigkeit 

 Riickschliasse auf die Schicht- bzw. Massendicke zu 

 Ziehen. 



Das Ziel der Untersuchungen war also festzustel- 

 len, ob bei einigermaBen detinierten Schichten eine 

 eindeutige Beziehung zwischen Schichtdicke und 

 elektronenmikroskopischer Durchliissigkeit, die na- 

 tiirlich noch von der Objektivapertur und der 

 Strahlspannung abhiingt, besteht. Ferner sollte ge- 

 priift werden, ob die MeBresultate den theoretischen 

 Berechnungen folgen. Wenn auch die Zielsetzung 

 der Untersuchungen sehr klar war, darf doch nicht 

 verschwiegen werden, daB sowohl bei der experi- 

 mentellen Durchfiihrung, als auch bei dem Vergleich 

 der Messungen mit der Theorie eine Reihe von prin- 

 zipiellen Schwierigkeiten zu diskutieren war, auf die 

 hier aber leider nicht niiher eingegangen werden 

 kann. Es ist aber z. B. offensichtlich, daB man keine 

 strenge Ubereinstimmung erwarten darf, da die hier 

 in Frage kommenden theoretischen Ansatze die 

 Struktur der Materie nicht beriicksichtigen, sondern 

 sich strenggenommen nur auf einzelne Atome be- 

 ziehen. 



Die MeBmethode war kurz folgende: An einem 

 mit Zwischenhnse versehenen Siemens-Mikroskop 

 wurde die photographische Platte durch einen 

 Auffanger fiir Elektronen ersetzt. Die Objektivaper- 

 tur wurde — vor allem zum Vergleich mit der Theorie 

 — ungefiihr in dem Bereich zwischen I 10- und 

 9 X 10^- veriindert. Die benutzten Spannungen wa- 

 ren 50 und 1 10 kV. Die Zwischenhnse gestattete die 

 einwandfreie Justierung des Eiektronenstrahls und 

 die durch die Kontrastblende eingestellte Objektiv- 

 apertur zu kontrollieren. 



Bezijglich der untersuchten Schichten bestand die 

 Absicht, amorphc und kristalline und auch leicht- 

 und schweratomige Schichten zu untersuchen. Ge- 

 nauere Messungen wurden an Kohle-, Aluminium-, 

 Palladium- und Wolframoxydschichten durchge- 

 fiihrt. Die Kohleschichten wurden dabci nach dem 

 Konigschen Verfahren in einer Giimmentladung in 

 Benzoldampf hergestellt. Die ubrigen Schichten wa- 

 ren Aufdampfschichten. Der Auffanger fijr die Elek- 



tronen war so dimensionicrt, daB bei kristaliinen 

 Schichten iiber eine groBe Zahl von Kristallitcn gc- 

 mitteit wurde. 



Bei dem Vergleich mil der Theorie haben wir uns 

 bei den relativ groBen Aperturen darauf beschriinkt, 

 die elastische Streuung zu beriicksichtigen. Benutzt 

 man die Wcntzclsche Streuformel (1927), so liiBt 

 sich die eiektronenoptische Durchliissigkeit in allgc- 

 meiner Form als Funktion einer zuniichst noch un- 

 bestimmten Dicke — wir haben dazu die Aufhcl- 

 lungsdicke gcwiihlt — und eincs ebenfalls zuniichst 

 noch unbestimmten Winkels angeben. 



Mathematisch ergibt sich folgender Ausdruck: 



D{y,p) = exp 



71 



p\ 1 + ~yHY>(iy) 



'D, 



hy 



7 



d{y 



do) 



Dabei ist 



}' die durch die Kontrastblende bedingte Ob- 

 jektivapertur 

 p die relative Massendicke der Schicht. ausge- 

 drtickt in Vielfachen der von v. Borries 

 (1951) eingefiihrten Aufhellungsdickc 

 do die Winkclkonstante der Wentzelschen 

 Streuformel 

 /i, H'l^ die Besselsche bzw. Hankelsche Z\linder- 

 funktion. 



Die Ausvvertung der Formel zeigt Bild 1: Die 

 Kurven zeigen den Verlauf der eiektronenmikro- 

 skopischen Durchliissigkeit als Funktion der Aper- 

 tur fiir konstantc Dicke. Um diese Kurven mit den 

 Experimenten in Beziehung setzen zu konnen. ist es 

 notwendig, numcrische Werie fiir Aufhellungsdicke 

 und Winkclkonstante anzunchmen. Um einen Uber- 



Abb. I. 1 Ickironcnmikroskopischc Durciiiassigkeit als Funk- 

 tion tier ApcrUir tiir konstantc Dicke. 



