Hallo liebes Board, ich entwickele gerade im Rahmen meiner Abschlussarbeit in Physik einen Praktikumsversuch am Rasterelektronenmikroskop (REM). Ich würde gerne ein Halbleiterbauteil (Transistor, Schottky, OP Amp, Spannungswandler..) für verschiedene Eingangsspannungen und Ströme (DC) ausmessen und gleichzeitig die Potentialverläufe im REM-Bild sichtbar machen. Man könnte dann die Elektronenausbeute aus der Pixelhelligkeit bestimmen und einiges mehr. Mein Problem ist, dass Halbleiter in der Regel per Schichttechnik hergestellt werden und die interessanten Potentialverläufe "unterirdisch" stattfinden. Deshalb wollt ich mal das Forum hier befragen, ob ihr vielleicht Ideen habt, welches Bauelement sich für mein Vorhaben eignen könnte. Meine bisherige Idee: Ich nehme einen möglichst alten Transistor (größere Leiterbahnen) im TO-3 Gehäuse (https://it.wikipedia.org/wiki/TO-3), entferne den Deckel und schneide den Transistor an einer Seite auf (siehe Anhang). Diese Schnittseite montiere ich dann nach oben und untersuche sie unter dem Elektronenstrahl. Meint ihr, dass könnte klappen? Schließe ich den Transistor durch den Schnitt kurz oder zerstöre seine Funktion? Womit würdet ihr schneiden, damit das sauber wird? Danke euch für Ideen, Einschätzungen und Tipps, Liebe Grüße, Jonas
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Als ausgebildeter Metallograf mit recht viel Präparationserfahrung garantiere ich dass wenn überhaupt nur die Diamantdrahtsäge in Frage kommt um schonend und genau genug den Schnitt auszuführen. Danach muss die Oberfläche aber noch auf die gewünschte Schnittebene geschliffen oder geläppt werden, denn getrennt wird normal mit Übermaß. Dann muss poliert werden, damit die Oberfläche glatt genug ist um mit dem Raster was sinnvolles zu erkennen außer der Oberflächentopografie. Von der physikalischen Seite hab ich jetzt von Halbleitern nicht sooo viel Ahnung, aber das Raster schießt mit einem gebündelten Elektronenstrahl der mit einigen kV beschleunigt wird auf dein Halbleiter. Sicher dass da noch was von der Funktion "in situ" zu erkennen ist bzw. der nicht dadurch gestört wird? Die Ladung die die mitbringen muss ja durch das Bauteil abgeführt werden... Ich würde da mal mit Leuten reden die öfter Bauteile unter dem Raster untersuchen was die daz sagen.
P.S. Vielleicht auch mal FIB zum präparieren anschauen, oder "Ionen Beam Milling". Ich kenn das Leica EM TIC3X, das erzeugt ganz brauchbare Oberflächen für REM.
Vergiß es! Mit einem REM kannst Du kein "MRT" in einer Halbleiterstruktur machen. Das Zersägen kannst Du auch vergessen - der Chip egal ob Transistor oder IC wird danach nicht mehr funktionieren. Beschäftige Dich erst einmal mit Halbleiterphysik und der Physik des REM - Du wirst sehr schnell sehen das Dein Vorhaben zum Scheitern verurteilt ist.
Danke schonmal für eure Einschätzung! Dann klappt das wohl nicht mit dem Zerschneiden des Transistors. Könnte ich denn den oben abgebildeten Transistor so wie er ist unter dem REM untersuchen und den Potentialverlauf zwischen C,B&E abbilden. Muss ja nicht gleich ein PN-Übergang sein.. Hat ein alter Transistor noch eine Schutzschicht aus Oxid, Nitrit oder dergleichen? Bekommt man die irgendwie runter? Wird das Silizium direkt wieder oxidieren? Mein Prof meint Phosphorsäure. Merci für eure Ratschläge!
Das Silizium wird direkt wieder oxidieren an Luft. Auch wirst du die Funktion eines Transistors nicht unter einem REM im laufenden Betrieb beobachten können. Hierzu musst du dir (bzw. dein Prof) mal Gedanken darüber machen wie ein Transistor physikalisch funktioniert und wie ein REM. Das kann schlicht und einfach nicht zeitgleich funktionieren. Was du unter dem REM sehen könntest wäre der Schichtaufbau des Transistors, davon ein Bild machen und in das Bild könntest du dann die (vorher z.B. mit FlexPDE errechneten) Potentialverläufe einzeichnen.
Danke Metallograf, Zeno und Sylaina für eure Einschätzungen! Vorschlag meines Profs war, einen OP Amp (Typ 741) aufzusägen, die Nitritschicht wegzuätzen und einen Betriebszustand mit dem REM abzubilden. Mir schien das kompliziert und nicht quantifizierbar. Deshalb kam ich auf die Idee mit dem Transistor. Kann mein Strahlstrom (e-12 – e-5 A), den ich auf einen festen Punkt auf der Basis richte, zum Basisstrom werden und die Verstärkung steuern (bei konstanter Kollektor-Emitter-Spannung)? So ließe sich zumindest mal mit bekannten Kennlinien die Gesamtelektronenausbeute (Rückstreuelektronen [RE] und Sekundärelektronen [SE] pro Primärelektronen [PE]) von Silizium berechnen. Das könnte ich dann entlang einer Leiterbahnen machen. Es gibt für jedes Material zwei Beschleunigungsspannungen, unter der die Gesamtelektronenausbeute = 1 wird. Wodurch würde der Transistor in diesem Betriebszustand denn gestört? Die Schichten abzubilden, find ich nicht schlecht. Könnte ich den Transistor als Einkristall nutzen und Beugungsbilder abbilden. Die Dotierungsdichte ist ja nicht so groß.. Wie entferne ich das Oxid? Abschleifen? Sollte ich mich insgesamt von der Vorstellung verabschieden, Halbleiter unter dem REM zu untersuchen? Habt ihr andere Ideen? Gibt es überhaupt ein Halbleiter-Bauteil, dessen Wirkungsweise ich abbilden kann?
Jonas O. schrieb: > Sollte ich mich insgesamt von der Vorstellung verabschieden, Halbleiter > unter dem REM zu untersuchen? Du kannst das schon machen. Aber eben nicht im Live-Betrieb... > Habt ihr andere Ideen? Warum fragst du nicht einfach Speizalisten, die mit solchen Geräten ihr Geld verdienen? https://www.htv-gmbh.de/analytik/rasteremikro.html http://www.jeol.de/electronoptics/produktgruppen/rasterelektronenmikroskope-rem.php
Also als ich dazumals REM-Proben präpariert habe, hat man das meiste in Plexiglas/PMMA (Probe in eine Art Ofenpresse gelegt, dann PMMA-Granulat draufgeschaufelt und heiss gepresst) oder Epoxidharz eingebettet. Macht die Probe gut handhabbar und verhindert das ausbrechen der Ecken. Beim Transistor würde ich versuchen, das Gehäuse kurz vorm Silizium abzusägen/dremeln, dann Anschlüsse rauslegen und das Ding in Epoxy oder PMMA einbetten. Dann vorsichtig runterschleifen, bis die gewünschte Position am Silizium erreicht ist. Dann polieren, fängt normalerweisse mit feinem Schleifpapier an, ging weiter mit z.B. 10um, 3um, 1um, 500nm, 100nm Diamant-Poliersuspension. Grösstes Problem dürfte die Verkabelung am REM sein, soweit ich weiss, hatte dazumals keiner der REMs, an die ich hin durfte, eine Kabeldurchführung ins Hochvakuum. Wäre bei den typischen REMs mit Vakuumschleuse auch im Weg. Wenn die Probe gewechselt wird, steckt man diese an eine Schleuse am Probenraum. Die Schleuse wird abgepumpt, dann geht eine Klappe zum Hochvakuum-Probenraum auf und man kann die Probe reinschieben. Dann zieht man den Stab wieder raus und die Klappe zur Schleuse geht wieder zu. Dann hat es normalerweisse noch eine Klappe an der Strahlsäule, die geht erst auf, wenn das Vakuum im Probenraum gut genug ist und der Elekronenstrahl an ist, damit kein Gas an die Kathode kann. BTW, ich würde mit TO-92 Transistoren anfangen, da ist der Die im Verhältniss zur Vergrösserung am REM immmer noch riesig (das gute Bild hat bei meinem REM damals erst bei 2000x Vergrösserung angefangen, war ein Hitachi S-4800, dazumals). Hat den Vorteil, dass der billiger und bereits schon eingebettet ist.
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Schaut euch mal das Gate eines MOSFETs nach nem ESD-Schaden an. Das sieht aus, wie Dresden '45!
Cool Rote Tomate ~ Da kann ich was draus machen! Dann scheint das ja doch zu funktionieren :) Wenn ich einen TO-92 nehme, kann ich mir das einbetten sparen und direkt ans Schleifen gehen? Wie verlaufen denn die Schichten eines Transistors im TO-92-Gehäuse? Hast du Tipps fürs Schleifen? Jap, ich bediene ein JEOL JSM 6400. Da muss auch ne Vakuumdurchführung eingebaut werden. Aber da bin ich schon dran. Das 6400er hat eine Schleuse, aber man kann auch die ganze Probenbühne öffnen. So lässt sich die Verkabelung relativ simpel umsetzen. Im 6400 gibts relativ viele Ventile, die nach beim Evakuieren nach und nach geöffnet werden. Und für das Einlassen eines TO-3 kann ich einfach R&G Epoxidharz L + Härter EPH 161 nutzen? Merci!
Jonas O. schrieb: > Mein Prof > meint Phosphorsäure. Damit bekommt man die Oxidschicht nicht ab. Die kann man allenfalls zum Dotieren verwenden. Siliziumdioxid ist im Prinzip Glas und somit lässt es sich auch nur mit FLusssäure ätzen. Allerdings würde ich das nur machen, wenn entsprechende Ausrüstung vorhanden ist, incl. Calziumspritzen für den Notfall. Prinzipiell wird das schleifen den Transistor nicht zerstören, wenn du ihn in der Richtigen Ebene schleifst, also einen Längsschnitt durch die Struktur machst. Da muss ich Zeno widersprechen. Ob du allerdings im REM etwas erkennen kannst, dazu kann ich keine Aussage machen. Geschnitten werden halbleiter normalerweise mit einer Diamantkreissäge, welche die Oberfläche anritzt und anschließend wird das ganze gebrochen. In deinem Fall würde ich das neben der Halbleiterstruktur machen, um das Material um selbige herum abzutragen. Anschließend dann auf die Struktur schleifen. Was ich dir aber garantieren kann ist, daß das Schleifen ziemlich aufwändig wird! Du darfst absolut keine Kratzer haben, da diese die Stromverläufe gravierend (meßbar!) beeinflussen. Konkret heisst das: Schleifen auf angerauhter Glasplatte mit Diamantpolitur. Ich kann dir da gern weitere Auskünfte geben, wenn gebraucht. Ich hab in meiner DA einen Spreading Resistance Messplatz gebaut und dafür sehr, sehr viele Proben angefertigt. In deinem Fall kannst du aber evtl auch Diamantschleifpads nutzen. Das ging bei mir nicht, da ich eine harte Kante benötigte, prinzipbedingt um den Start erkennen zu können. Bei dir ist das aber nicht nötig, somit könnte es etwas leichter werden.
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Rote T. schrieb: > Grösstes Problem dürfte die Verkabelung am REM sein, soweit ich weiss, > hatte dazumals keiner der REMs, an die ich hin durfte, eine > Kabeldurchführung ins Hochvakuum. Das ist nun wirklich das kleinste Problem. Notfalls reicht es, ein paar Löcher in einen Blindflansch zu bohren und Drähte mit UHU-Plus einzukleben. In einem typischen REM gibt sowieso jede Menge elektrischer Geräte, für die Verbindungen nach draus- sen verlegt sind. > Wäre bei den typischen REMs mit Vakuumschleuse auch im Weg. Vacuumschleusen sind nicht unbedingt typisch. Wenn man sie haben will, kann man sie natürlich kaufen. So oder so kommt natürlich kein normaler Mensch auf die Idee, Kabel durch den Türschlitz legen zu wollen.
Kommt halt drauf an, ob es ein Bastler-REM oder ein REM ist, an welchem viele Arbeitsgruppen arbeiten und was nach möglichkeit 24/7 funktionsfähig sein soll. Bei mir war es jedenfalls so, dass man nicht am REM rumbasteln sollte, war damals relativ neu und hat irgendwas mit 200-300k gekostet. Der Probenraum war wochen/monatelang im Hochvakuum, weil alleine schon die Ionengetter-Pumpen in der Säule einige Zeit (mal mindestens 1/2 Tag) gebraucht haben, um das nötige Vakuum zu erreichen. Ansonsten geht nämlich die teure LaB6 Kathode vor die Hunde. An einem älteren Bastler-REM wie dem Jeol 6400 kann man vermutlich schon mal den Probenraum aufmachen um das ganze zu verkabeln. Diesbezüglich haben die alten Dinger schon so einige Vorteile
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Harald W. schrieb: > Rote T. schrieb: > >> Grösstes Problem dürfte die Verkabelung am REM sein, soweit ich weiss, >> hatte dazumals keiner der REMs, an die ich hin durfte, eine >> Kabeldurchführung ins Hochvakuum. > > Das ist nun wirklich das kleinste Problem. Notfalls reicht es, > ein paar Löcher in einen Blindflansch zu bohren und Drähte > mit UHU-Plus einzukleben. In einem typischen REM gibt sowieso > jede Menge elektrischer Geräte, für die Verbindungen nach draus- > sen verlegt sind. Mal ne blöde Frage: Machen herkömmliche Batterien im Vakuum Probleme?
Klaus I. schrieb: > Mal ne blöde Frage: Machen herkömmliche Batterien im Vakuum Probleme? Diejenigen, die ich in meiner Jugend seziert habe, enthielten alle irgendwelche feuchten Substanzen.
Rote T. schrieb: > Kommt halt drauf an, ob es ein Bastler-REM oder ein REM ist, an welchem > viele Arbeitsgruppen arbeiten und was nach möglichkeit 24/7 > funktionsfähig sein soll. Nun, ein "Bastler-REM" war das bei meinem AG verwendete Gerät sicherlich nicht > Bei mir war es jedenfalls so, dass man nicht am REM rumbasteln sollte, Da wurde auch nicht dran rumgebastelt, sondern es wurden von mir die für unsere Messungen nötigen Umbaten gemacht. > war damals relativ neu und hat irgendwas mit 200-300k gekostet. Und zu diesem Billigpreis gabs schon eine Schleuse? :-) Schleusen braucht man eigentlich nur für industrielle Massenmessungen an immer gleichen Teilen oder im UHV- Bereich, der bei REMs eher nicht gebraucht wird. Die 20min, bis die Kammer leer gepumpt ist, hat man sich eben genommen > Der Probenraum war wochen/monatelang im Hochvakuum, weil > alleine schon die Ionengetter-Pumpen in der Säule einige > Zeit (mal mindestens 1/2 Tag) gebraucht haben, um das > nötige Vakuum zu erreichen. Ansonsten geht nämlich diE > teure LaB6 Kathode vor die Hunde. Beides sitzt aber nicht im Probenraum. Bei uns gab es neben dem REM auch ein RTM mit "echtem" UHV (~1E-12 mBar) zur Untersuchung von Siliziumoberflächen. Die kann man bekanntlich nur im UHV untersuchen, da sich sonst sofort eine Oxidschicht bildet. Dort gab es selbstver- ständlich eine Probenschleuse, weil das Auspumpen der Probenkammer mindestens eine Woche (einschl. 1..2 Tage ausheizen des kompletten Gerätes mit 100 Grad) dauerte. Bei den eingebrachten Proben wurde die Oxidschicht dann im Probenraum mit Rotglut "abgedampft". > An einem älteren Bastler-REM wie dem Jeol 6400 kann man vermutlich schon > mal den Probenraum aufmachen um das ganze zu verkabeln. Wie bereits gesagt,im REM befinden sich sowieso jede Menge "elektrischer Geräte" (z.B. die "teure LaB6 Kathode"), die angeschlossen werden mussten. Standardmäßig gab es dafür natürlich Glasdurchführungen, die man auch einzeln kaufen konnte. Im Probenraum hat aber auch unsere "UHU-Plus"- Lösung funktioniert. Dieser Flansch wurde anschliessend auch wieder ausgebaut. Zum Problem des TEs: Bei uns wurden zwar jede Menge Ober- flächen untersucht (und z.B. Tiefen ausgemessen), irgend- welche Bauelemente (ICs o.ä.) wurden dabei aber nicht an Strom angeschlossen. Aber auch ich bin, wie verschiedene Vorposter, skeptisch, das das so, wie sich das der TE vorstellt, funktionieren würde. Bei "unserem REM" war ich übrigens nicht der "Operator", sondern eher für Wartung und Umbauten zuständig. Speziell mit dem Vacuumsystem gabs regelmäßig das eine oder andere Problem.
Ja bei dem Ding gab es eine Schleuse, ist der rechteckige Kasten an der Seite. Siehe Bild hier: https://mnfu.eelabs.technion.ac.il/wp-content/uploads/sites/9/2017/02/HR-SEM-Hitachi-S-4800.jpg Klar, wenn man genug Zeit, freundliche Kollegen oder genug Geld hat, um die Zeit zu bezahlen, kann man das Ding sicher belüften, auseinanderbauen verkabeln, zusammenbauen und wieder auf Hochvakuum bringen (und danach wieder zurückmodifizieren) Nur geht das nicht eben mal so schnell. Und die Leute, die das Ding auch noch benutzen wollen, müssen derweil warten. Und ggf. wollen/können die nicht warten.
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Rote T. schrieb: > Ja bei dem Ding gab es eine Schleuse, ist der rechteckige Kasten an der > Seite. Siehe Bild hier: > https://mnfu.eelabs.technion.ac.il/wp-content/uploads/sites/9/2017/02/HR-SEM-Hitachi-S-4800.jpg So kenne ich das auch. Sowohl von dem Zeiss, was nur vom Laboranten bedient wurde, als auch von dem Hitachi, wo man als Doktorand ab 17:00 auch so dran durfte. Aber es gibt wohl auch Geräte, die bereits bei Drehschieberpumpen-Vakuum ("low vaccum") arbeiten können.
Rote T. schrieb: > Klar, wenn man genug Zeit, freundliche Kollegen oder genug Geld hat, um > die Zeit zu bezahlen, kann man das Ding sicher belüften, > auseinanderbauen verkabeln, zusammenbauen und wieder auf Hochvakuum > bringen (und danach wieder zurückmodifizieren) Nur geht das nicht eben > mal so schnell. [ ] Du weisst wie ein REM funktioniert und was der Unterschied zwischen Kammer und Säule ist? Das Vacuum in der Kammer eines Standard-REMs würde ich nicht als "Hochvacuum" bezeichnen. Das in der Säule schon.
Hallo Zusammen, ich hoffe, ihre hattet alle eine schöne und geruhsame Zeit um Weihnachten und zwischen den Jahren! Danke der vielen Beiträge und regen Diskussion um den Thread! Und entschuldigt, dass ich erst jetzt wieder schreibe! In der letzten Zeit habe ich mich vor allem damit beschäftigt, wie ich den Transistor sinnvollerweise ausmesse, um von einzelnen Betriebszuständen REM-Bilder aufzunehmen. Dafür musste ich zunächst klären, wie sie sich am PC auslesen lassen :) Zunächst kommt hier mal ein Foto von dem Mikroskop, damit ihr euch ein Bild machen könnt (Bild0). Die Verkabelung wird alsbald erledigt sein. Ich habe unsere Werkstatt damit betraut, die Vakuum-Durchführung in einen Ersatz-Flansch einzubauen, den mir die Firma JEOL freundlicherweise überlassen hat. Die Flansche kann ich einfach tauschen und anschließend mit meinen Messversuchen starten (Bild1). Ich arbeite momentan mit einem BC107A Transistor im TO-18 Gehäuse (Bild2). Die Leiterplatte ist schon mikroskopisch klein. Jetzt versteh ich auch, warum das Schleifen aufwendig wird :) Christian B. schrieb: > Konkret heisst das: > Schleifen auf angerauhter Glasplatte mit Diamantpolitur. Ich kann dir da > gern weitere Auskünfte geben, wenn gebraucht. Danke Christian, dann lass ich mal die Finger von Flusssäure und werd mich kommende Woche mal ans Schleifen machen. Wahrscheinlich mit einem Dremel, anschließend mit Sandpapier und zuletzt mit Diamantpaste auf Glas. Christian B. schrieb: > Prinzipiell wird das schleifen den Transistor nicht zerstören, wenn du > ihn in der Richtigen Ebene schleifst, also einen Längsschnitt durch die > Struktur machst. Das heißt, ich dremele das Gehäuse ab bis zum ersten und schleife es weiter bis zum zweiten roten Strich (Bild3)? Viele liebe Grüße
Jonas O. schrieb: > Das heißt, ich dremele das Gehäuse ab bis zum ersten und schleife es > weiter bis zum zweiten roten Strich (Bild3)? Das könnte funktionieren. Durch den Aufbau kann es allerdings sein, daß du mehrere Übergänge nacheinander siehst.
Christian B. schrieb: > Das könnte funktionieren. Durch den Aufbau kann es allerdings sein, daß > du mehrere Übergänge nacheinander siehst. Jou, das macht mir erstmal nix :) Aber wie kann ich mir das denn genau vorstellen? Sind auf so einer Leiterplatte mehrere Transistoren untergebracht. Mir scheint eher, dass die Basis-, Emitter- und Kollektorschichten jeweils auf einem Potential liegen und eben so verzweigt sind, dass sich an verschiedenen Stellen PN-Übergänge realisieren? Besten Dank der Erklärungen! Apropos, kannst du/könnt ihr mir ein Buch oder eine Seite im Internet empfehlen, in der nicht nur Printtechniken, sondern Beispiele tatsächlicher Layouts von (modernen) Halbleiterbauteilen abgebildet und erklärt werden? Das wäre sehr hilfreich :)
Liebes Mikrocontroller-Forum, ich habe inzwischen meine Abschlussarbeit mit dem Titel "Das Rasterelektronenmikroskop -- Untersuchung von Halbleitern und Kristallstrukturen mit Hilfe von Rasterelektronen-Mikroskopie" fertiggestellt. Nun wollte ich den Interessierten unter euch meine Arbeit zur Verfügung stellen, bis ich weiß, unter welcher Lizenz, gilt das Urheberrecht! Herzlichen Dank nochmal für die zahlreiche Unterstützung, die ich unter anderem durch dieses Forum genossen habe ~ ohne die hätte ich die Arbeit nicht fertig gestellt bekommen. Der Link zur Arbeit findet sich hier: https://drive.google.com/file/d/1NYGUaP49MXI8jYpvOzeP08kVoyb64xQ5/view?usp=sharing Ich habe eine Vielzahl von Videos von verschiedenen Transistoren aufgenommen, für die Arbeit jedoch nur 3 Videos ausgewertet. Sofern eine Person Interesse hat, zu den Videos Zugriff zu bekommen, darf man mir gerne eine Nachricht/Mail schicken! :) Herzliche Grüße, Jonas alias dschones
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Und jetzt sollen wir uns extra bei der Datenkrake anmelden?
Stephan H. schrieb: > Und jetzt sollen wir uns extra bei der Datenkrake anmelden? Liebes Forum, ich habe die Arbeit nun auf Filehorst hochgeladen und unter unter eine Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz gestellt. Ihr findet sie unter: https://filehorst.de/d/cJBuwaaB Tut mir leid für die vielen Anfragen und Nicht-Freigaben auf Google. Ich nutze Google eigentlich selbst nicht und hab die vielen Mails erst vor kurzem entdeckt. Nun also viel Spaß mit der Arbeit. Herzlicher Gruß, Jonas
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