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Feldemissionsmikroskop

Allgemein

In einem auf hohes Vakuum evakuierten Glaskolben befindet sich eine äußerst feine Spitze,das Ende eines zu einer
Schlaufe gebogenen Wolframdrahtes.Der Radius der geäzten Spitze beträgt etwa 100-200 nm. Sie fungiert als Kathode
und sitzt im Zentrum des Glaskolbens der einen Durchmesser von 10 cm aufweist. Die der Spitze gegenüberliegende Seite des Glaskolbens ist als Leuchtschirm ausgebildet und als Anode kontaktiert. Durch Anlegen von Hochspannung wird ein sehr hohes elektrisches Feld erzeugt, wodurch Elektronen aus der kalten, einkristallinen Spitze durch Feldemission austreten können und zum Leuchtschirm gelangen. Auf diese Weise erhält man eine elektronenoptische Abbildung der Oberflächenstruktur der Wolframspitze. Über eine in der Röhre angebrachte Heizwendel kann Barium verdampft werden, welches sich dann auf der Spitze niederschlägt. Bei vorsichtigem Erwärmen der Spitze kann man dann die Wärmebewegung der Bariumatome als Wimmelbewegung heller Punkte beobachten.

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Bilder

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Versuchsaufbau

 

 

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Das Mikroskop

 

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Direkt nach dem Ausheizen

 

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Anschlußplatte mit Schema

 

Video

Durchführung

Material:

Feldemissionsmikroskop (Sammlungsraum Schrank 31 Regal a)
Anschlussplatte mit Standfüßen (Sammlungsraum Schrank 31 Regal a)
HV-Netzgerät 10 kV (Sammlungsraum Schrank 40 Regal c)
Kleinspannungsstelltrafo (Sammlungsraum Schrank 40 Regal c)
Messgerät-Amperemeter (Sammlungsraum Schrank 31 Regal c)
Verbindungskabel (Hörsaal Vorbereitungsraum Kabelwagen)
 

 

Aufbau:

Die Anschlussplatte mit eingesetztem Feldemissionsmikroskop mit dem HV-Netzgerät, dem Kleinspannungsstelltrafo
sowie dem Amperemeter verbinden. Zuvor darauf achten, dass die Geräte Spannungsfrei sind und alle Regler auf Null
Position stehen.


Durchführung:

Den Raum abdunkeln. Das Potentiometer auf der Anschlussplatte zum einstellen des Ausheizstromes für die Spitze an den linken Anschlag drehen.Das Potentiometer am HV-Netzgerät an den linken Anschlag drehen und das HV-Netzgerät einschalten. Mit dem Potentiometer auf der Anschlussplatte nun einen Aufheizstrom von 1,5 A einstellen und für ca. 2 Minuten fließen lassen. Die Spitze leuchtet während dieser Zeit sehr hell auf. Die Heizspannung auf Null drehen und die Hochspannung langsam bis auf max. 7 kV erhöhen und den Leuchtschirm dabei beobachten. Nach wenigen Sekunden verändert sich das Bild da die Oberfläche des Einkristalls sehr schnell mit Restgasatomen wieder bedeckt wird. Nun den Heizstrom für die Bariumwendel langsam auf 7 bis max.8 A steigern und den Leuchtschirm dabei beobachten. Nach wenigen Sekunden Heizdauer leuchten spontan helle Punkte auf die sich rasant vermehren und die Oberfläche bedecken. Den Heizstrom auf Null drehen und das Potentiometer für den Ausheizstrom vorsichtig bis auf ca. 0,5 A erhöhen. Vorsicht,die Spitze darf nicht hell glühen!! Jetzt kann ein Platzwechsel einzelner Bariumatome beobachtet werden.

 
Hinweise:

Technische Daten:
Vergrößerung: ca. 500.000 fach
Auflösungsvermögen: 2 - 3 nm
Krümmungsradius der Wolframspitze: 100-200 nm
Kolbendurchmesser: 10 cm
Bariumatome: Durchmesser etwa 0,4 nm
Druck: ca. 10 hoch -10 bar
Anodenspannung: 4-8 kV
Bariumheizung: max. 8 A
Katodenheizung: max. 1,9 ± 0,05 A


Sicherheitshinweise:

Der hochevakuierte Glaskolben ist sehr stoßempfindlich. Die Spitze niemals bei anliegender Hochspannung ausheizen, sie wird sonst zerstört und damit das Feldemissionsmikroskop. Die Hochspannung vor dem Ausheizen der Spitze also unbedingt ausschalten und beim Ausheizen einen Heizstrom von 1,8 A nicht überschreiten. Die Hochspannung nach dem Ausheizen erst anlegen, wenn die Spitze abgekühlt ist. Bei anliegender Hochspannung zur Beobachtung der Bariumatome, die Spitze höchstens bis zur schwachen Dunkelrotglut erwärmen. Als Heizspannungsquelle den rückseitig angebrachten 6,3 V Ausgang des HV-Netzgeräts verwenden. (Hochspannungsfest)

Dokumente

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#tags

H 35.1, Tunneleffekt, Feldemission, Mikroskop, Atome, Elektronenoptik,

 

 

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