Meer zien met een monochromator: Analytisch vermogen van elektronenmicroscopen wordt veel groter

Meer wetenschapsnieuws van de TU Delft Colofon DI-Archief

Meer zien met een monochromator

Analytisch vermogen

van

elektronenmicroscopen

DOOR JOOST VAN KASTEREN In een wereld waarin

de wetenschap en de industrie zich

steeds meer richten op onderzoek, manipulatie en productie in het submicrongebied, is er een stijgende behoefte aan een steeds groter oplossend en

analytisch vermogen van de

elektronenmicroscopen. Door de inbouw van de elektron-optische variant van een kleurenfilter is drs. Willem Mook, promovendus in de groep Deeltjes Optica van de faculteit Technische Natuurwetenschappen, erin geslaagd de elektronenmiscroscoop zodanig te

verbeteren dat het analytisch vermogen met een factor 4 is toegenomen. Dankzij zijn «monochromator»

Een vergelijking tussen de licht- en de

elektronenmicroscoop geeft een beeld van de verschillende componenten waaruit beide microscopen zijn opgebouwd.

is het nu mogelijk geleidingseigenschappen en chemische bindingen van, bijvoorbeeld, halfgeleiders op atomaire schaal te onderzoeken. Inmiddels zijn twee octrooien op het ontwerp verleend.

Sinds de eerste elektronenmicroscoop, in 1931 gebouwd door de Duitse fysicus Ernst Ruska, is het oplossend vermogen van deze kijker enorm verbeterd. Die eerste elektronenmicroscoop had een oplossend vermogen van eenduizendste millimeter (een micron). Inmiddels is dat beter dan eenmiljoenste van een

millimeter. Het enorme oplossende vermogen maakt de elektronenmicroscoop tot een geliefd instrument voor medici en biologen, fysici en materiaalkundigen, omdat je objecten tot op atomair niveau in kaart kunt brengen. Het succes van de elektronenmicroscoop is, aldus de Delftse promovendus Mook, niet alleen te danken aan het feit dat je de kleinste structuren zichtbaar kunt maken; het is ook een instrument waarmee je de chemische en fysische samenstelling van objecten kunt analyseren.

Elektronenlens

Hoewel veel gebruikt, is de werking van de elektronenmicroscoop bij veel mensen onbekend, zo is de ervaring van Mook. Daarom heeft hij in zijn proefschrift een aparte paragraaf gewijd aan het principe van de elektronenmicroscoop. Basis van dat principe is de suggestie van de Franse fysicus Louis de Broglie uit 1924 dat een elektron beschouwd kan worden als een golfverschijnsel. Hij liet zien dat elektronen versneld tot 60.000 Volt een effectieve golflengte moesten hebben van 0,05 Ångstrom, ofwel eenhonderdduizendste van de golflengte van groen licht. Als je dat zou kunnen gebruiken in een microscoop, zou je een enorme

verbetering van het oplossend vermogen van een lichtmicroscoop kunnen bewerkstelligen.

In de loop van de daaropvolgende jaren werd ontdekt dat magnetische en elektrostatische velden gebruikt konden worden als lens voor een

elektronenmicroscoop. Ruska, die in 1927 begonnen was met een studie natuurkunde aan de Technische Universität Berlin, bouwde in 1931 de eerste

Principen van SEM en TEM

In een Transmissie Elektronen Microscoop (TEM) wordt het preparaat min of meer parallel belicht en geven de achterliggende lenzen een projectie-afbeelding van het preparaat.

In een Scanning Elektronen Microscoop (SEM) wordt het beeld opgebouwd door het over het oppervlak te bewegen. De monochromator is ook zeer goed bruikbaar voor Scanning

Elektronenmicroscopie (SEM). Om een helder beeld te krijgen van een oppervlakte wordt SEM

normaliter bedreven met elektronen met een energie van 30 kilovolt. Bij die snelheid ondervindt de bundelafbeelding, en dus het oplossend

vermogen, geen last van de energiebreedte van de elektronenbron.

Bij de inspectie van chips echter wordt vaak gebruik gemaakt van laagspannings SEM,

elektronen met een snelheid van ongeveer 1 kV. In dat geval is de energie-spreiding een substantieel deel van de bundelenergie. De focussering van de bundel wordt dan ook sterk beïnvloed door de chromatisch fout van de lens (de kleurfout). Een monochromator kan in dit geval uitkomst bieden door de energiespreiding te verlagen. Omdat de Nanospleet dankzij de monochromator is af te afregelen zonder de microscoop, is hij zeer interessant voor de laagspannings-SEM.

«elektronenlens», een elektromagneet, waarmee men een bundel elektronen kon richten op dezelfde manier zoals een vergrootglas dat bij licht kan. In 1933

slaagde Ruska er in om een aantal van deze «lenzen» in serie te plaatsen tot een microscoop. In dit instrument passeren de elektronen een heel dun plakje van het te bestuderen object en worden vervolgens met deze lenzen afgebeeld op een fotografische film of een fluorescerend scherm, net als een televisiescherm. Halverwege de jaren dertig kwamen de eerste commerciële

elektronenmicroscopen op de markt. Paal in het water

Het grote voordeel van elektronenmicroscopen is dat de golflengte van elektronen veel kleiner is dan die van zichtbaar licht. De golflengte van licht varieert van 400 tot 800 nanometer. Objecten zoals celkernen en atomen die kleiner zijn dan die golflengte kan men per definitie niet waarnemen, omdat het golffront zich er omheen beweegt, op dezelfde manier zoals golven in zee zich om een paal in het water bewegen. Met de lichtmicroscoop kun je dan ook geen objecten

waarnemen die kleiner zijn dan een kwart micron. De golflengte van elektronen daarentegen is zo klein, dat je er in principe individuele atomen mee kunt waarnemen.

Er zijn echter nogal wat technische complicaties. Zo worden elektronen gemakkelijk gestopt door bijvoorbeeld gasmoleculen. Dat betekent dat de elektronenmicroscoop vrijwel absoluut vacuüm moet zijn. Verder moet onder hoogspanning worden gewerkt om de elektronen voldoende snelheid mee te geven. Tegelijkertijd zijn er elektrische en magnetische velden nodig, die fungeren als lens om de elektronenstraal te manipuleren. De meeste lenzen worden actief gestuurd door specifieke spanningsverschillen en stromen. Dit vereist een hoge mate van automatisering door middel van computers. Breukvlak

De huidige elektronenmicroscopen laten zich onderscheiden in twee, of beter drie typen. De meest bekende is de Scanning Elektronenmicroscoop (SEM), die mooie plaatjes geeft van het oppervlak van allerlei objecten. Dat kan uiteenlopen van een insectenoog tot en met het breukvlak van een afgebroken boutje. Bij een SEM wordt de elektronenbundel gefocusseerd en over het object heen bewogen. De elektronen die terugkaatsen van het object worden gedetecteerd en

weergegeven op een tv-scherm.

Het tweede type is de Transmissie Elektronenmicroscoop (TEM), waarbij een evenwijdige bundel elektronen op een dun preparaat (20 tot 200 nanometer dik)

In de Scanning Transmission Elektronen Microscoop (STEM) kunnen verschillende analytische technieken worden gebruikt: Auger-spectroscopie, röntgen-spectroscopie en

energieverlies-spectroscopie. Alle technieken zijn gebaseerd op de interactie van de

elektronenbundel met de atomen in het monster. Door een kleine bundel op het preparaat te focuseren, wordt slechts informatie verkregen van het belichte deel van het monster.

valt. Anders dan bij de SEM worden niet de terugkaatsende elektronen geregistreerd, maar de elektronen die door het preparaat heengaan. De beeldvorming vindt op twee manieren plaats. Bij dikke preparaten (met grote dikteverschillen) wordt een substantieel deel van de elektronen verstrooid. Het contrast in het beeld wordt gevormd door verschillen in intensiteit.

Om echter atomen te kunnen zien (atomaire resolutie), moeten de monsters heel dun zijn om meervoudige verstrooing van de elektronen te voorkomen. Het gevolg is dat slechts een klein deel van de elektronen interactie heeft met het preparaat. Dat maakt het onmogelijk om een beeld te vormen op basis van intensiteitsverschillen. Bij vlakkegolf (parallelle) belichting van het preparaat met de elektronengolven ontstaan echter wel vertragingen van het golffront. Deze verstoringen bevatten structuurinformatie over het monster en kunnen ook met elektronenlenzen worden afgebeeld, vergelijkbaar met de

fase-contrast-microscoop waar de Nederlandse natuurkundige Frits Zernike (1888-1966) in 1953 de Nobelprijs voor kreeg.

Micro-analyse

Naast SEM en TEM is er nog een derde variant van elektronenmicroscopie, bekend onder de afkorting STEM, Scanning Transmissie Elektronenmicroscopie. Daarbij wordt de bundel elektronen gefocusseerd en over het preparaat heen bewogen. Interactie vindt alleen daar plaats waar de elektronenbundel op het preparaat komt. De doorsnede van de gefocusseerde bundel kan atomaire afmetingen hebben. De interacties met het preparaat leveren nauwkeurig gelokaliseerd chemische en fysische informatie.

Die informatie wordt langs verschillende wegen verkregen. Bij röntgen-micro-analyse bijvoorbeeld wordt de röntgenstraling geregistreerd die ontstaat doordat een elektron in een atoom in het monster uit zijn baan wordt geschoten door de elektronenbundel. Het aldus ontstane «gat» in de binnenschil van het atoom wordt opgevuld door een elektron uit een hogere schil, ofwel een hoger energieniveau. De «val» van een hoger naar een lager energieniveau gaat

gepaard met het uitzenden van röntgenstraling. De golflengte is specifiek voor het betreffende atoom.

Daarmee vergelijkbaar is de Auger-elektronenspectroscopie. Evenals bij het vrijkomen van röntgenstraling wordt het «gat» van het weggeschoten elektron gevuld door een elektron uit een hogere schil. De vrijkomende energie wordt niet omgezet in straling, maar overgedragen aan een ander elektron, dat vervolgens wordt uitgezonden. Ook de energie van deze Auger-elektronen is specifiek voor het atoom.

Eerste Delftse elektronenmicroscoop uit 1941 van ir J.B. Le Poole. Al sinds 1939 wordt in Delft gewerkt aan elektronenoptica en elektronenmicroscopie.

Configuratie van de Monochromator

Het (energie-)filter voor de elektronenbron, de monochromator, is samen met de

energieselectiespleet ingebouwd in de elektronenbron. Dat betekent dat de hele

constructie zich onder hoogspanning van meer dan 100 kV bevindt. Filteren vóór de versneller is efficiënter, omdat de elektronen dan nog een lage snelheid hebben. Nieuw in het ontwerp van promovendus Mook is dat de selectiespleet

waarmee de energie wordt geselecteerd, ook onder hoogspanning is geplaatst. Daardoor is het

moeilijker om de spleet daar te bewegen. Dat lijkt een nadeel, maar de oplossing is de

elektronenbundel bewegen. Hiermee wordt de bundel uitgelijnd ten opzichte van de spleet, in plaats van de spleet ten opzichte van de bundel. In dat geval moet een smalle (in de orde van 100 nanometer) selectiespleet worden gebruikt die een vaste positie heeft in de monochromator. Op deze techniek, waarbij de Nanospleet op hoogspanning wordt gezet, is een octrooi verleend. De

Energieverliesanalyse

Mook heeft zich gericht op het verbeteren van nog een andere manier om het preparaat te analyseren, de zogeheten Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) ofwel de spectroscopie van de verloren elektronen energie. Daarbij wordt de energie van de elektronen gemeten na hun passage door het preparaat. Een groot deel van die elektronen gaat zonder verder energieverlies door het

preparaat, omdat ook in een STEM een dun preparaat wordt gebruikt. Het gevolg daarvan is een geringe kans op interactie. Een klein deel van de elektronen zal door de botsing met atomen in het preparaat zijn verstrooid, zonder daarbij hun energie te hebben verloren. Een ander deel van de elektronen staat energie af aan atomen in het preparaat en zal daardoor iets minder energie overhouden. Het energieverlies wordt geregistreerd door de overgebleven energie van de

elektronen vast te stellen. Omdat van elk element precies bekend is hoeveelheid energie het uit de elektronenenbundel opneemt om een elektron uit zijn energie-niveau (zijn schil) te stoten, kan de factor energieverlies fungeren als een

vingerafdruk van het element. Het energie-verlies kan oplopen tot een paar duizend elektronvolt. Met een oplossend vermogen overeenkomend met enkele tientallen elektronvolts kan elk element worden geïdentificeerd.

Het gemeten energieniveau wordt echter niet alleen bepaald door de hoeveelheid energie die nodig is om een elektron uit zijn schil te stoten, maar ook door de energietoestand van het atoom zelf ten opzichte van zijn omgeving. Dit is

afhankelijk van de structuur en de chemische bindingen in het materiaal. Daarbij gaat het om energieën van minder dan 1 elektronvolt. In geleiders en

halfgeleiders is de energietoestand van het atoom bepalend voor de elektrische eigenschappen van het materiaal. Die eigenschappen zijn van groot belang voor de fabricage van chips. Vandaar de belangstelling voor energieverlies-spectra met een goed oplossend vermogen binnen het gebied van 1 eV.

Overgang

De Amerikaan Philip E. Batson van het IBM Research Center in New York heeft een systeem gebouwd met een oplossend vermogen van 0,25 eV. Daarmee kon hij de eigenschappen in beeld brengen van een overgang van germanium en silicium op een chip. Daaruit blijkt dat de elektronische eigenschappen geleidelijk veranderen, naarmate er wordt gemeten van 99 procent silicium naar 5 procent silicium. Dergelijke informatie is van groot belang voor de ontwikkeling van nog betere en nog kleinere chips, aldus Mook.

Batson wilde echter een EELS-systeem met een nog betere energieresolutie om deze subtiele verschillen, die grote invloed hebben op de

geleidingseigenschappen, goed in beeld te krijgen. Daarvoor moest het oplossend

Nanospleet en een kort Wien-filter (4mm) in de monochromator zorgt ervoor dat elektronen met te hoge of te lage energie naast de spleet

terechtkomen. Een Wien-filter bestaat uit

elektrische en magnetische velden die loodrecht op elkaar staan. De veldsterktes kunnen zo worden gekozen, dat de elektrische en de magnetische kracht op een elektronenbundel, die loodrecht op beide velden beweegt, elkaar opheffen. Omdat de magnetische kracht afhankelijk is van de snelheid (= de energie) van het elektron zullen alleen die elektronen rechtdoor gaan, die de gewenste energie hebben. De rest zal door de spleetranden worden geblokkeerd. Door het Wienfilter kort te houden, kan de bundel over een grotere afstand worden gepositioneerd op het

nanospleetmembraan. Door de bundel te scannen over een klein gat in het nanospleetmembraan, ontstaat een transmissie-afbeelding van de bundel, waarmee de monochromator worden afgeregeld zonder dat hierbij de microscoop nodig is. Dit is een groot voordeel. Het korthouden (4 mm) van het Wienfilter zorgt verder voor het ontstaan van elektrische en magnetische randvelden (Fringe Fields). De veldvorm wordt dan bepaald door de veldafsluitingplaten en niet door de polen en elektroden. De veldvormen zijn daardoor identiek, waardoor de afbeeldingsfouten worden verlaagd. Ook deze vinding is vastgelegd in een octrooi van de TU DELFT.

vermogen van het EELS-systeem nog verder verbeteren tot minder dan 0,1 eV. Een lastige opgave, want zulke energieniveaus vallen binnen de spreiding van de elektronenbundel. Met andere woorden, het signaal valt weg in de energiebreedte van de elektronenbron.

Om toch een dergelijk oplossend vermogen te realiseren, is een monochromator nodig, zo constateerde Batson. Daarmee worden elektronen met een te hoge of te lage energie (snelheid) uit de bundel gefilterd en ontstaat een er bundel met een lagere energiespreiding. Tegelijkertijd mag zo'n filter de hoeveelheid

elektronen ook niet al te zeer verminderen, omdat er dan te weinig elektronen tegen het preparaat botsen en je dus niks meer ziet.

Selectiespleet

Mook, die net zijn dienstplicht erop had zitten, werd in 1994 door prof. Pieter Kruit aangesteld als promovendus om, specifiek voor dit doel, een

monochromator te ontwikkelen. Dat bleek een aardige puzzel, waarover in de loop der jaren al verschillende mensen het hoofd hadden gebroken. Een belangrijk deel van de tijd die hij aan zijn onderzoek besteedde, ging dan ook heen met het bestuderen van de voor- en nadelen van de verschillende systemen, die tot dan toe waren ontwikkeld. Uiteindelijk koos hij voor een configuratie

bestaande uit een Wien-filter en een energie-selectiespleet (zie kader Fringe Fields Principe).

Het gebruik van een selectie-spleet onder hoogspanning heeft als voordeel dat de bundelenergie nog laag is en je geen 10 micron dikke spleetranden nodig hebt om de bundel te filteren. De spleet kan dan ook heel erg smal zijn (100 nm), zodat ernaast ruimte is voor een heel patroon van verschillende spleten en

vormen. Dat maakt een verstelmechanisme voor de spleet overbodig en dat levert een aanzienlijke besparing in productiekosten op. Een derde voordeel is dat de selectie-spleet een vaste positie heeft. Dat betekent dat het uitlijnen

gestandaardiseerd is en dat je dat kunt overlaten aan de computer. Dat maakt het gebruik van de monochromator een stuk vriendelijker voor de gebruiker. Door over een klein gat naast de Nanospleet te scannen en de transmissiestroom te meten, ontstaat een beeld van de bundel in de monochromator. Dit beeld kan worden gebruikt voor het uitlijnen.

Uniek

Nadat de ontwikkeling van een monochromator eind 1998 werd afgerond, heeft Mook het afgelopen jaar grotendeels besteed aan het inbouwen van de

monochromator in de STEM van IBM in New York. Uit experimenten bleek de monochromator stabiel te functioneren, terwijl ook de resultaten reproduceerbaar

Een moderne Tecnai Microscoop van Philips. Philips Electron Optics bestaat dit jaar vijftig jaar.

Tegenwoordig als onderdeel van het bedrijf fei is het ’s werelds grootste producent van TEM-apparatuur.

waren. De resolutie die Mook met het prototype wist te bereiken, lag rond de 60 meV bij gebruik van EELS.

Al met al is er in de wereld van de elektronenmicroscopie veel belangstelling voor de monochromator van Mook. Niet alleen bij gebruikers van microscopen zoals IBM en het in Delft gevestigde Nationaal Centrum voor Hoge Resolutie Elektronen Microcopie, maar ook bij fabrikanten, zoals Philips/fei in Eindhoven. Die

belangstelling komt niet uit de lucht vallen, want, aldus Mook, `het is de eerste machine die een hoge energie-resolutie combineert met een eveneens hoog oplossend vermogen. Dat maakt hem uniek in de wereld.'

Voor nadere informatie over dit onderwerp kunt u contact opnemen met drs. Willem Mook, tel. (040) 2766736, e-mail wmook@nl. feico.com , of met prof.dr.ir. Pieter Kruit, tel. (015) 278 5197, e-mail p.kruit@tnw. tudelft.nl

Het Fringe-Field-Principe

De monochromator van Mook bevat een zogenaamde Wienfilter, waarmee elektronen met een te hoge of te lage energie (snelheid) uit de bundel worden gefilterd. Zo ontstaat er een bundel waarin de snelheden (energie) van de elektronen dichter bijelkaar liggen. Het filter bestaat uit een elektrisch veld en loodrecht daarop een magnetisch veld. Wanneer een elektron loodrecht op beide velden beweegt, ondervindt het twee krachten. Het elektrische veld veroorzaakt een neerwaartse kracht op de

negatieve lading van het elektron. Gelet op de bewegingsrichting van het elektron (naar rechts) en de richting van het magnetische veld (naar voren) zal de magnetische kracht omhoog gericht zijn. De grootte van de magnetische kracht is echter afhankelijk van de snelheid en dus van de energie van het elektron. Door de juiste verhouding te kiezen tussen beide veldsterkten kunnen de krachten elkaar opheffen en zal het elektron met een snelheid v=e/b rechtdoor gaan. Elektronen met een andere snelheid (energie)(v+ð v) zullen

worden afgebogen en kunnen dan door middel van een spleet uit de bundel gefilterd worden. Indien de bundel niet recht door het filter beweegt, ontstaan er lensfouten die de filtering minder efficiënt maken. Voor een rechte optische as is het dan ook noodzakelijk dat de veldverhouding e/b

langs de gehele as constant is (gele bundel). In een lang Wienfilter (links) is dit moeilijk te realiseren. Omdat de magneetpolen en de elektroden om technische redenen vaak een verschillende afstand tot de as hebben, nemen het elektrische en het magnetisch veld bij de ingang en de uitgang niet-gelijkvormig af. Deze «mismatch» veroorzaakt een knik in de elektronenbaan in de optische as en laat de bundel te afwijken. In de loop der jaren zijn vele ingewikkelde trucs

verzonnen om de overgang in het randveld (fringe field) beter te laten verlopen. De vorm van de elektroden en polen werd aangepast om de vorm van de randvelden te beïnvloeden, maar deze methode was niet optimaal. Het principe van de Fringe Field Wienfilter draait de zaak om en laat de linker en rechter veldafsluitplaten, die van

magnetische en elektrisch geleidend nikkelijzer zijn gemaakt, de veldvorm bepalen. Dit kan worden bereikt door voor een kort Wienfilter-ontwerp te kiezen (rechts), zodat de afstand van het centrum tot aan de veldafsluitplaten kleiner is dan de afstand van het centrum tot de magnetische polen en elektroden. De veldvorm wordt nu slechts bepaald door de vorm van de afsluitplaten. En omdat deze rond zijn, is automatisch de vorm van het elektrisch veld identiek aan de vorm van het magnetisch veld. Dit zorgt voor een rechte optische as en derhalve lage optische fouten. Op dit principe is een octrooi verleend.

Energieverliesspectra in de elektronenmicroscoop bij IBM Research New York, gemeten vóór de inbouw van Mooks' monochromator. De verschuivingen van de energieniveaus die plaatsvinden onder invloed van

concentratieverschillen tussen Germanium en Silicium, kunnen met veel moeite en onzekerheid uit de spectra worden bepaald. Verlaging van de onzeker met behulp van de monochromator door de spreiding van de energie te beperken, zal meer duidelijkheid geven over de werkelijke chemische invloed op de energiestructuur. Binnenkort komen de meetresultaten van de microscoop na inbouw van de monochromator beschikbaar. (Philip E. Batson, IBM Research, New York, Journal of

Microscopy 180, 1995 p.204-210)

Het inwendige van het prototype van de

monochromator die Mook gebruikte voor zijn eerste experimenten in Delft. De diameter is 52 mm. Duidelijk zichtbaar zijn de spoelen voor de

productie van het magneetveld en de in dit geval 8 elektrode plaatjes voor het elektrich veld. De spoelen werken met 0,5 ampère en de elektroden met een spanning van ongeveer + of - 500 volt.

Aanzicht van de binnenkant (boven) en buitenkant (onder) van de Fringe Fields Monochromator die Mook heeft ontworpen voor onderzoek aan geleidbaarheid van silicium bij IBM Research in New York. De spoelen (links) verzorgen het magnetische veld van het Wienfilter, de zes ingeklemde plaatjes (rechts) produceren een

Nanospleet

De selectie-spleet is gemaakt bij DIMES (Delft Institute for Micro-electronics en Submicron Technology) en bestaat uit een 70 nm dunne laag siliciumnitride op een wafer van silicium. Met behulp van

elektronenbundel-lithografie en etsen wordt in de laag siliciumnitride aan de onderkant een gat gemaakt van 800 bij 800 micron. Vervolgens wordt silicium verwijderd met behulp van kaliumhydroxide, waardoor een piramidevormig gat ontstaat.Daarna worden nanospleten en gaten aan de bovenzijde geëtst.

In de Nanospleet is een aantal verschillende vormen geëtst die worden gebruikt voor het calibreren van de monochromator. Deze

transmissie-afbeelding is gemaakt door de bundel in de monochromator over de siliciumnitride structuur te bewegen en de transmissiestroom te meten. De vierkant linksonder is 100 x 100 micron. De smalste spleten zijn hier niet zichtbaar omdat ze tè klein zijn.

Doorsnede van het prototype van de

monochromatorconstructie zoals werd gebruikt in de testopstelling in Delft. De spanning op de elektronenlens wordt zodanig aangepast dat de elektronenbundel focuseert op de Nanospleet. Achter de Nanospleet bevindt zich een Faradaycup, waarmee de transmissiestroom wordt gemeten.

Energiedistributie van de elektronenbundel in de IBM elektronenmicroscoop gemeten met behulp van een energiespectrometer. De linker curve is de theorethische emissie van de ongefilterde

elektronenbron, de rechter curve toont dat de energiedistributie in de bundel na filtering met de monochromator een factor 4 is verbeterd. De ongefilterde bundel heeft een spreiding van ongeveer 250 meV, de gefilterde bundel heeft een spreiding van 61 meV. De bepaling van de

energiebreedte, met behulp van de aanwezige energie-analysator, geeft derhalve direct de totale EELS-systeemresolutie aan.

Het prototype van de monochromator werd onder ultra hoog vacuüm getest op een speciaal

ontworpen hoge helderheidselektronenbron (Schottky-bron) bij de afdeling Technische Natuurkunde van de TU DELFT. Bovenop bevindt zich de monochromator, tussen de poten zijn de vacuüm doorvoeren te zien.

Overzicht van Scanning Transmissie Elektronen Microscoop van IBM. Onder het tafelblad bevindt zich de elektronenbron waarop de monochromator is geplaatst. In de horizontale buis bovenop de microscoop is de energie-analysator aangebracht, die met grote precisie de eindsnelheid van de elektronen vaststelt.

De besturingselektronica van de IBM

monochromator is ondergebracht in een metalen hoogspanningsdoos. De rechter (zwarte) plug komt van de microscoop en bevat de

hoogspanningleiding. De linker plug (rood) bevat alle leidingen voor de besturing van de

monochromator. Rechts in de hoogspanningsdoos bevind zich de glasvezel die vanuit de computer de instellingen van de verschillende spanningen bepaalt. Onderaan is nog net de bak met olie te zien waarin het geheel wordt ondergedompeld voor een goede hoogspanningsisolatie.

Om storende magneetvelden van elektronische apparatuur tegen te houden, is de monochromator afgeschermd met een kap van MU-metaal. De gefilterde elektronenbundel komt uit het piepkleine gaatje in het midden.