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Production sequence of Si-spheres and interferometrical determination of the sphere volume

Electron Microscopy

Working Group 5.24

Modular Monte Carlo simulation program

 

Aufgrund einiger Beschränkungen bestehender Simulationsprogramme (keine 3D-Strukturen, keine Erweiterbarkeit der Programme) wird zur Zeit ein Monte Carlo Simulationsprogramm für die Raster-Elektronenmikroskopie komplett neu entwickelt (MCSEM). Ein wichtiges Ziel ist dabei die Modularität des gesamten Programmpaketes. Die Vorteile des modularen Aufbaus sind:

  • Die Simulation ist flexibel und kann leicht an neue Anwendungen angepasst werden.
  • Die einzelnen Programm-Module bleiben klein und übersichtlich.
  • Eine klare Datenstruktur und definierte Schnittstellen erlauben es, Erweiterungsmodule zu schreiben ohne den gesamten Programmcode zu kennen.

Abbildung 2.1: Struktur der modularen Monte Carlo Simulation MCSEM.

Abbildung 2.1 zeigt die modulare Struktur des Programmpakets. Das Kernprogram (CORE) berechnet ausschließlich die Elektronendiffusion im Festkörper, sämtliche anderen Funktionen (Formung des Elektronenstrahls, Definition der Probentopographie, Detektoren, Datenein- und -ausgabe, …) sind an externe Module ausgelagert. Das Programm verwendet tabellierte Mott-Streuquerschnitte für die elastische Streuung und die Bethe-Formel zur Berechnung der inelastischen Streuung.

Detektoren für Sekundär- oder Rückstreuelektronen werden vorab in einem kommerziellen Elektronen-Ray-Tracing Programm (SIMION 7.0) simuliert. Dazu werden für verschiede Kombinationen von Startwinkel und Startenergie berechnet, ob die Elektronen auf dem Detektor landen. Die Ergebnisse der Simulation wird in Nachschlagtabellen (engl. look-up tables) eingetragen, die dann von der Monte Carlo Simulation ausgelesen wird, um festzustellen, ob ein bestimmtes Elektron detektiert wird.

Modell einer REM-Objektivlinse und SE-Trajektorien.

Abbildung 2.2: Modell einer REM-Objektivlinse und SE-Trajektorien. Die SE werden durch ein elektrisches Feld in die Linse hineingesaugt und auf den Szintillator des Detekors (grün) projiziert. Die Trajektorien werden durch die Startwinkel und die Startenergie der SE determiniert.

Abbildung 2.2 zeigt das Modell eines InLens-Sekundärelektronen-Detektors (Entwickelt in Kooperation mit dem ISI, Brno, Tschechische Republik): Die Sekundärelektronen werden von einem elektrischen Feld in die Objektivlinse eingesaugt und auf den Detektor projiziert. Nur in einem bestimmten Energie- bzw. Winkelbereich landen die Elektronen tatsächlich auf dem Detektor, andere Elektronen werden am Polschuh der Objektivlinse absorbiert oder treten durch das Strahldurchführungsloch in der Detektormitte hindurch ohne detektiert zu werden.