Mikroskopische Untersuchung der ferroelektrischen Elektronenemission von der freien Oberfläche von Triglyzinsulfat

In dieser Arbeit wurden erstmalig orts- und energieaufgelöste Untersuchungen der ferroelektrischen Elektronenemission (FEE) durchgeführt. Als Modellsystem diente Triglyzinsulfat (TGS). Als spektromikroskopische Methode kam die Emissions-Elektronenmikroskopie zum Einsatz. Typische Schaltfelder betrugen 2 kV/mm, angelegt wurde eine sinusoïdale Wechselspannung mit 300 Hz. Die Temperatur, bei der die FEE verschwindet (32°C), liegt unterhalb der Curie-Temperatur des TGS (TC=49°C). Dieser Unterschied kann auf den Einfluss des Extraktionsfeldes des Emissions-Elektronenmikroskops (1 kV/mm) zurückgeführt werden. Oberhalb der Curie-Temperatur konnte keine Emission beobachtet werden. Die Elektroden vor und nach der Messung waren identisch, d.h. nicht zerstört, wie man es erwarten würde, wenn ein Oberflächenplasma gezündet wurde. Bei ca. 150 V/mm beginnt die Intensität der beobachteten Emission Schwankungen aufzuweisen. Dies könnte die Ursache in dem Einsatz von ersten Zündungen eines Mikroplasmas mit destruktiver Wirkung haben. Die ortsintegrierte Energieverteilung weist bei Spannungsamplituden bis 300 V zwei Maxima auf. Dies deutet auf zwei Emissionsmechanismen hin, einen sekundären (ca. 10 eV) und einen primären (ca. 13 bis 45 eV) Effekt. Die Hochenergie-Abschneidekanten korrelieren im Bereich bis 200 V bis auf wenige eV mit der angelegten Spannungsamplitude. Die Messung der ortsaufgelösten Energieverteilung zeigt, dass die primäre Emission aus den Bereichen ohne Elektrode stammt. Sie wird der FEE zugeschrieben. Diese Elektronen können– auf Grund der lokalen Felder – auf die Elektroden beschleunigt werden und hier sekundäre Prozesse auslösen (niederenergetischer Bereich des Spektrums). Dies wird durch die lokalen Spektren dieser Bereiche bestätigt.

In this work, laterally and energy-resolved measurements of the ferroelectric electron emission (FEE) have been performed for the first time. Triglycine-sulfate (TGS) has been selected as a model system. The emission electron microscope was used as a spectromicroscopic method. Typical driving fields were about 2 kV/mm, sinusoidal with 300 Hz. The temperature at which the FEE disappeared (32°C), lies below the Curie-temperature of TGS (TC=49°C). This discrepancy can be due to the influence of the extraction-field of the emission microscope (1 kV/mm). Above the Curie-temperature, no emission could be detected. The electrodes have been identical before and after emission, i.e. not destroyed, as would have been expected for surface plasma processes. At 150 V/mm the screen intensity begins to fluctuate. The reason could be the beginning of micro plasmas with destructive effects. The locally integrated energy distribution shows two maxima at voltage amplitudes of up to 300 V. This indicates two emission mechanisms, a secondary (ca. 10 eV) and a primary (ca. 13 to 45 eV) effect. The high-pass energy cut-offs correlate within the region of up to 200 V amplitude to some few eV precision with the applied voltage. The measurements of the locally resolved energy distribution curves show that primary emission originates from regions without electrodes. We correlate this to FEE. These electrons can – because of the local fields – be accelerated towards the electrodes and cause the emission of secondary electrons (low energy region of the spectrum). This is confirmed by the local spectra of the according regions.