Der Artikel erschien 1986 in den DPMA-Erfinderaktivitäten.
Elektronenmikroskopie
Dr. E. Kerschbaumer
Anlässlich der Verleihung des Physik-Nobelpreises 1986 an E. Ruska, G. Binnig und H. Rohrer soll hier über die grundlegenden Patente für das von E. Ruska entwickelte Elektronenmikroskop und für das von G. Binnig und H. Rohrer entwickelte Raster-Tunnelmikroskop berichtet werden.
1928 begann E. Ruska mit experimentellen Arbeiten zur Untersuchung der Abbildungseigenschaften von magnetischen Konzentrationsspulen für Elektronenstrahlen und wies nach, dass mit solchen magnetischen Konzentrationsspulen analog zur lichtoptischen Abbildung von Objekten mittels lichtoptischen Sammellinsen Abbildungen von Objekten mittels Elektronenstrahlen erhalten werden können.
Unter Verwendung von magnetischen Konzentrationsspulen, die bereits eisengekapselt waren und als magnetische Elektronenlinsen bezeichnet wurden, baute E. Ruska zusammen mit M. Knoll das erste Elektronenmikroskop, das jedoch nicht die mit einem Lichtmikroskop maximal mögliche Vergrößerung erreichte. Mit diesem Elektronenmikroskop konnte daher der Vorteil gegenüber dem Lichtmikroskop, der darin besteht, dass wegen der gegenüber Licht wesentlich kleineren Wellenlänge der Elektronenstrahlen bei der Abbildung mit Elektronenstrahlen bei entsprechend hoher Vergrößerung wesentlich kleinere Einzelheiten eines Objekts beobachtet werden können, noch nicht ausgenützt werden.
Dies wurde erst mit magnetischen Polschuhlinsen möglich, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind und von E. Ruska und von B. v. Borries 1932 zum Deutschen Patent angemeldet wurden. In Figur 2 ist in der linken Hälfte a eine Einzellinse und in der rechten Hälfte b eine Doppellinse 5, 6 dargestellt. Die von den Strömen I5 und I6 durchflossenen. Spulen sind von einem Mantel aus hochpermeablem Stoff umgeben, der durch den Spalt 7 unterbrochen ist, dessen Innendurchmesser 8 sich von der Objektseite 4 trichterförmig erweitert und der so eine sich trichterförmig erweiternde Bohrung 3 für den vom Objekt kommenden Elektronenstrahl bildet. Der Spalt 7 wird durch die sich verjüngenden, Polschuhe bildenden Mantelteile 1 und 2 begrenzt. Mit einem mit solchen Polschuhlinsen von E. Ruska gebauten Elektronenmikroskop wurde erstmals die maximal mögliche Vergrößerung des Lichtmikroskops überschritten und damit die Möglichkeit geschaffen, kleinere Einzelheiten zu beobachten, als dies bisher möglich war.
In der Folgezeit wurde das klassische Elektronenmikroskop nach E. Ruska vervollkommnet, und es wurden neue Gerätetypen entwickelt, von denen das Raster-Tunnelmikroskop von G. Binnig und H. Rohrer einen vorläufigen Schlusspunkt darstellt.
Dieses 1980 unter Inanspruchnahme der Priorität einer schweizerischen Patentanmeldung von 1979 zum Europäischen Patent angemeldete Raster-Tunnelmikroskop ist schematisch in Fig. 1 dargestellt.
Eine sehr feine Spitze 5 schwebt über dem zu betrachtenden Objekt 4 und ist relativ zu diesem in den drei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen x, y, z mittels der piezoelektrischen Verstelleinrichtungen 6, 7, 8 verstellbar. Die Spitze 5, das Objekt 4 und die Verstelleinrichtungen 6, 7, 8 befinden sich in einer durch die Vakuumpumpe 2 evakuierten und durch die Kältequelle 3 auf ausreichend niedrige Temperaturen gekühlten
Mit dem Raster-Tunnelmikroskop ist es erstmals möglich, Einzelheiten in atomaren Dimensionen auch in zur Objektoberfläche vertikaler Richtung sichtbar zu machen.
Fig. 1: nach EP27517A1
Fig. 2: nach DE680284
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