- Email: [email protected]
Zur herstellung sehr dünner elektrisch leitender präparat-unterlagen für absolute β-zählung
NUCLEAR INSTRUMENTS $ (1958) 213-217; NORTH-HOLLAND P U B L I S H I N G CO. -- AMSTERDAM
ZUR HERSTELLUNG SEHR DONNER ELEKTRISCH LEITENDER PRAPARAT-UNTERLAGEN F~31t ABSOLUTE p-ZAHLUNG E. H U S T E R u n d W . R A U S C H
Physikalisches Institut der Universitit! Marburg Received 1 A u g u s t 1958
Absolute fl-counting w i t h r a d i o e l e m e n t s of low d e c a y e n e r g y is difficult b e c a u s e of a b s o r p t i o n losses in t h e source a n d its backing. If m o r e o v e r t h e half-life is v e r y high, e x t e n d e d sources are necessary. I t h a s been f u r t h e r m o r e shown, t h a t b a c k i n g s m u s t be electrically c o n d u c t i n g to p r e v e n t c h a r g i n g of t h e source a n d t h e r e b y d i s t o r t i o n of
t h e electric field of t h e counter, if c o u n t i n g is done w i t h t h e source in t h e interior of t h e counter. A m e t h o d is described for p r e p a r i n g electrically c o n d u c t ing f o r m v a r foils of 85 × 30 m m ~ w i t h an overall t h i c k n e s s of 10 # g / c m ~. T h e c o n d u c t i v i t y is a t t a i n e d b y first e x p o s i n g t h e foil to a glow d i s c h a r g e in a h y d r o c a r b o n a t m o s p h e r e a n d t h e n e v a p o r a t i n g silver on it.
1. Einleitung Absolutmessungen von fi-Aktivitiiten sind um so schwieriger, je geringer die Zerfallsenergie und je gr6sser die Halbwertszeit des Strahlers ist. Misst man im Zihlrohr in 2~-Geometrie, so wird die Messung durch zwei gegenl~iufige Effekte gef~ilscht, durch Absorption im Pfiiparat und durch Rtickstreuung aus der Unterlage.
geringen fl-Energie noch eine hohe Halbwertszeit hinzukommt (wie z.B. beim RbST), so ben6tigt man grossfl~ichige Pfiiparate, um ausreichende Z~ihlraten zu erhalten. Ausserdem muss die Pr~iparatunterlage eine so hohe elektrische Leitfiihigkeit haben, dass sie die beiden Z~ihlrohre elektrostatisch v611ig trennt, oder, mit anderen Worten, Z~ihlrohrkathode
PrOparat ZOhldrOhte
Fig. 1. 4~-Z~ihlrohr.
Welcher Effekt iiberwiegt, ist off schwer zu entscheiden. Misst man in 4Jr-Geometrie (Fig. 1), so treten Z~ihlverluste auf infolge yon Absorption in Pfiiparat und Unterlage. Bei fl-Strahlern geringer Zerfallsenergie oder bei solchen, deren fl-Spektrum einen hohen Bruchteil von Elektronen niedriger Energie enth/ilt, muss man deshalb versuchen, Pr~iparat und Unterlage m6glichst diinn zu machen. Wenn zu der 213
und Pr~iparat miissen stets auf gleichem Potential liegen. Im anderen Falle l~idt sich die Folie in der Z~ihlrohrentladung positiv auf, und energiearme fl-Teilchen werden nicht angezeigtl). Zur Absolutmessung der fl-Aktivit~it langlebiger energiearmer Strahler werden also als Pdiparatunterlagen relativ grossfl~ichige Folien 1) I. Geese-B/ihnisch u n d E. H u s t e r , N a t u r w i s s . 41 (1954) 495; I. Geese-B~hnisch, Z. f. P h y s i k 142 (1955) 565
214
E, H U S T E R
U N D W. R A U S C H
hoher elektrischer Leitf~higkeit ben6tigt. Im allgemeinen werden organische Folien mit aufgedampfter Metallschicht benutzt. Im Rahmen unserer Untersuchungen an energiearmen/~Strahlern haben wit versucht, solche Folien mit m6glichst geringer Massenbelegung herzustellen. Da sich zeigte, dass hierfiir allgemeineres Interesse besteht, teilen wir im folgenden die Herstellungsmethode mit.
2. Herstellung der Triigerfolien Zun~ichst wurde versucht, die Folien aus Zaponlack herzustellen. Es zeigte sich jedoch, dass Zaponfolien, die den anschliessenden Bedampfungen mit Metall und Pr~iparat gewachsen sind, relativ click sein miissen. Bei gleicher Dicke ist Formvart mechanisch und thermisch weitaus h6her belastbar als Zapon. Diinne Formvarfolien lassen sich relativ einfach in folgender Weise herstellen: (a) Man reinigt eine Glasscheibe, die etwas gr6sser ist als die ben6tigte Folie, erst in destilliertem Wasser, dann in einer )~ther-AlkoholL6sung, und wischt sie danach grtindlich mit einem Fensterleder ab. (b) Man taucht die Glasscheibe bis etwa 10 mm unterhalb ihres oberen Randes senkrecht in eine L6sung von Formvar in Dichlor~ithylen. Die erforderliche Konzentration der L6sung richtet sich nach der gewtinschten Schichtdicke (Angaben dartiber bei P. Barreau e/ al.2)). (c) Man zieht die senkrecht gehaltene Scheibe aus der L6sung heraus. Die Dicke der anhaftenden Formvarschicht h~ngt ausser yon der Konzentration der L6sung betr~ichtlich yon der Geschwindigkeit ab, mit der man die Scheibe herauszieht. Man kann daher durch Ver~indern dieser Geschwindigkeit die Schichtdicke tiber die L~nge der Folie variieren und Schichten mit einer Art von Querrippen herstel-
draht (Cu oder A1) ein. (Eine Rasierldinge besch~idigt die Oberfl~che der Glasscheibe. Diese kann danach nicht erneut benutzt werden.) Anschliessend schwemmt man die Folie in destilliertem Wasser ab, indem man die Scheibe m6glichst flach langsam unter die Wasseroberfl~che schiebt. (e) Wenn die Folie frei auf dem Wasser schwimmt, tancht man den Rahmen, auf den sie aufgebracht werden soll, unter die Wasseroberfl~che und zieht ihn dann vorsichtig in senkrechter Stellung so wieder heraus, dass ein Rand der Folie am oberen Rand des Rahmens haften bleibt. Sehr dtinne Folien k6nnen leicht durch die Oberfl~ichenspannung des Wassers oder durch das Gewicht anhaftender Wassertr6pfchen zerst6rt werden. Es empfiehlt sich daher, den Rahmen zun~ichst nur so welt anzuheben, bis sich ein Streifen der Folie von nur 1 bis 2 mm oberhalb der Wasseroberfl~iche befindet. Wartet man dann einige Sekunden, so reisst der Wasserfilm an beiden Seiten des Rahmens ab. Anschliessend muss der Rahmen so langsam herausgezogen werden, dass die yon der Wasseroberfl~iche abgezogene Folie an ihrer Unterseite keinen Wasserfilm (oder Tr6pfchen) mitnehmen kann. Hier wirken die unter (c) erw~ihnten Querrippen sehr gtinstig, wenn sie in der Richtung liegen, in der die Folie yon der Wasseroberfl~che abgezogen wird. Bei sorgfitltiger Beachtung besonders der unter (e) genannten Vorsichtsmassregeln gelang es, Folien bis herab zu 0.9 /~g/cm2 bei einer freitragenden Fl~tche von 85 × 30 m m 2 von freier Hand herzustellen, ohne Verwendung des yon Barreau et al. beschriebenen mechanischen Tisches. (Die mittlere Massenbelegung der Folien wurde mit einer Mikrowaage bestimmt.)
3. Metallbedampfung der Folien
(d) Nach wenigen Minuten ist das L6sungsmittel verdunstet. Man ritzt jetzt die Formvarschicht einige mm vom Rand der Scheibe entfernt ringsherum mit einem weichen MetaU-
Frau Geese 1) erreichte ausreichende Leitf~higkeit der Zaponfolie in ihrem 4z-Z~hlrohr (Fig. 1) meist nur mit einem Silberbelag von je 30 /~g/cm2 auf jeder Folienseite. Nur in Ausnahmef~llen gentigten dtinnere Schichten. Ob
t F o r m v a r wird z.B. u n t e r der B e z e i c h n u u g P o l y v i n y l f o r m a l E 220444 v o n d e n F a r b w e r k e n H o e c h s t hergestellt.
e) p. B a r r e a u , P. LSger, J. M o r e a u u n d J o u r n . P h y s . et R a d . 15 (1954) 4A.
len.
P. P r u g n e ,
SEHR
DIJNNER
ELEKTRISCH
LEITENDER
PRAPARAT-UNTERLAGEN
215
eine einseitige Bedampfung ausgereicht h~itte, wurde nicht gepriift. Dass ausreichende Leitf~ihigkeit erst bei so hohen Schichtdicken eintritt, liegt an der relativ hohen Oberfliichenbeweglichkeit der Silberatome. Sie hat zur Folge, dass sich alas Silber zun~ichst in Form voneinander isolierter Inselchen niederschlSgt. Wachsen diese Inseln beim Bedampfen his zur gegenseitigen Beriihrung, so steigt die Leitf~ihigkeit oft innerhalb einer Zunahme der mittleren Massenbelegung yon nur 1 his 2 #g/cm 2 um mehrere Zehnerpotenzen. Einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Aufdampfbedingungen und Leitf~ihigkeit der Schicht konnte Frau Geese nicht feststellen. Es ist jedoch bekannt, dass die Oberfliichenbeweglichkeit beim Aufdampfen mit steigender Schmelztemperatur des Metalls abnimmt und mit steigender Temperatur der Unterlage zunimmt3). Die diinnen Folien zu kiihlen, ist schwierig. Sie werden beim Bedampfen naturgemSss erheblich w~irmer als etwa Glasplatten, bei denen deshalb gute Leitf~ihigkeit schon bei erheblich diinneren Metall-Aufdampfschichten eintritt. Es blieb die MSglichkeit, die Folien entweder mit einem Metall hohen Schmelzpunktes zu bedampfen oder wenigstens zu "bekernen". Es geniigt, die Folie mit einer weniger als monoatomaren Schicht des schwer schmelzbaren Metalls zu bedampfen, um damit fiir die folgende Bedampfung mit einem Metall niedrigen Schmelzpunktes Kondensationskerne zu schaffen4). Deshalb wurde zun~ichst versucht, nach dem von Brochard et al. 5) angegebenen Verfahren Platin oder Wolfram durch Elektronenbeschuss zu verdampfen. Das gelang auch, doch wurden die Folien durch die W~irmestrahlung des verdampfenden Metalls zerst6rt. Die Bekernung gelang jedoch mit Kohlenstoff, der wegen seines sehr hohen Schmelz-
punktes sehr geeignet erschien. Diinne Kohlenstoffschichten lassen sich dutch eine Glimmentladung in einem gasfSrmigen Kohlenwasserstoff erzeugen. Die in einer solchen Entladung entstehenden C-Ionen werden im elektrischen Feld je naeh ihrer Ladung zur Anode oder Kathode beschleunigt. Die Folien wurden deshalb einer Glimmentladung in Naphtalindampf yon einigen 10 -a Tort ausgesetzt. Die Folien wurden dabei isoliert etwa 10 cm vor der Kathode angebracht. Die der Anode zugewandte Seite war durch ein Blech abgedeckt, so dass nur eine Seite der Folie bekernt wurde. Bei einer Spannung von 1000 V und einem Entladungsstrom yon 10 mA nahm die Massenbelegung der Folie um etwa 1.3 /~g/cm ~ je Minute Glimmdauer zu (Mikrowaage). Zum Vergleich warden nun (dutch 10 sec Glimmentladung) bekernte und unbekernte Formvarfolien mit Silber bedampft und die elektrischen Widerst~inde verglichen. Das Silber wurde bei einem Druck von etwa 1 × i0 -s Tort von einem elektrisch geheizten Tantalblech dutch eine Blende yon 5 mm Durchmesser hindurch auf die etwa 20 cm vom Blech entfernte Folie aufgedampft. Gegen WXrmestrahlung war soweit als m6glich abgeschirmt. Die Aufdampfzeit betrug je nach Heizstromst~rke und gewiinschter Ag-Schichtdicke 5 bis 15 sec. Nach dem Aufdampfen wurde die Schichtdicke durch W~gung ermittelt und danach die Folie auf einen Glas-Objekttr~gert aufgebracht, wo eine solche diinne Folie yon selbst festklebt. Nachdem an beiden Enden des Objekttriigers zus~tzlich je eine dicke Silberschicht als Kontakt aufgedampft war, konnte der Widerstand zwischen diesen beiden Kontakten mit einer Messbriicke bestimmt werden. Der elektrische Widerstand einer solchen Schicht ist R = e ~a,
3) H. Mayer, P h y s i k d i i n n e r Schichten, B a n d 2 (Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft m . b . H . , S t u t t g a r t , 1955) S. 98 ft. 4) lb., S. 102. Fiir e n t s p r e c h e n d e H i n w e i s e n o c h v o r E r s c h e i n e n des B u c h e s m 6 c h t e n wir d e m Verfasser herzlieh danken. 5) j . t3rochard, P. G i a e o m o u n d P. J a e q u i n o t , J o u r n . P h y s . et R a d . 12 (1951) 632.
wenn p der spezifische Widerstand, a der Abstand der Kontakte, b die Breite und d die t Die O b j e k t t r ~ g e r m i i s s e n v611ig g l a t t u n d frei v o n K r a t z e r n sein. S c h o n eine Scharte, die m a n m i t e i n e r R a s i e r k l i n g e in die Glasoberfi~che einritzt, k a n n d e n W i d e r s t a n d einer danach a u f g e b r a c h t e n Folie y o n e t w a 100 a u f e t w a 1000 O h m e r h 6 h e n .
216
E. H U S T E R UND W. R A U S C H
Dicke der Schicht ist. F fir a = b, d.h. f fir quadratische Schichten erNilt man also d Diesen von Ausdehnung und Form der Schichten nicht mehr abh~ingenden Ausdruck nennen wir "Fl~ichenwiderstand". Er ist ftir unbekernte und bekernte Folien in Fig. 2 dargestellt. (Wegen des beschrfinkten Messbereichs der verwendeten
zeigen den Strukturunterschied der anschliessend aufgedampften Silberschichten. Das Silber hebt sich dunkel von der Folie ab. Auf unbekernten Folien schl~igt es sich zun~ichst in Form unregelm~ssig geformter Tr6pfchen nieder, aus denen bei weiterer Bedampfung ver~stelte, aber noch immer voneinander isolierte Bereiche entstehen (Fig. 3a). Erst bei etwa 12 #g/cm 2 wird die Schicht einigermassen
log R >
C~
~O0
O0
0
6, 5. 4'
2' 1,
ib
/5
20
25
o[,#q
Fig. 2. F1/~chenwiderstand aufgedampfter Ag-Schichten auf bekernten ( I ) und unbekernten (O) Folien.
Briicke wurden nur Widerstiinde R < 107 Ohm gemessen.) Die Kurven zeigen den erwarteten steilen Abfall von R, der innerhalb weniger ~ug/cm~ fiber mehrere Zehnerpotenzen geM. Ohne Bekernung beginnt der steile Abfall unter 107 Ohm bei etwa 12 /~g/cm2, mit Bekernung schon bei etwa 6/zg/cm 2. Weiter wurden mit und ohne Bekernung aufgedampffe Silberschichten im Elektronenmikroskop untersucht. Um bei v611ig gleichen Aufdampfbedingungen vergleichen zu k6nnen, wurden die Folien bei der Bekernung zur H~ilffe abgedeckt, so dass nur eine H~ilfte der Entladung ausgesetzt war. Die Figuren 3 und 4
zusammenhiingend (Fig. 4a). Bei bekernten Folien erfolgt dieser Ubergang viel frfiher (Fig. 3b). (Schon bei nur 3.5 /~g/cm 2 ist hier der Zusammenhang besser als bei 8.4 #g/cm 2 in Fig. 3a.) Ab etwa 10 #g/cm ~ sind die Schichten auf bekernten Folien nahezu homogen wie in Fig. 4b. 4. Priifung im im 4rt-Ziihlrohr Ob eine Folie ausreichend leitet, 1/isst sich leicht im 4~-Z/ihlrohr prfifen (Fig. 1). Man legt an einen der Z~ihldr~ihte Z~ihlspannung und z~ihlt. Wenn die Z~ihlrate sich nicht ~indert, wenn man die Spannung am anderen Dram
SEHR DONNER
ELEKTRISCH
LEITENDER
von Null bis kurz unter die Einsatzspannung variiert, so sind die beiden Rohre elektrostatisch v611ig voneinander getrennt. Bei bekernten Folien von etwa 2/~g/cm ", die einseitig mit etwa
Fig. 3a. 8.4 # g / c m ~ Ag, u n b e k e r n t e Folie.
PR~.PARAT-UNTERLAGEN
917
gedampfte RbC1 zwischendurch zweimal durch Untertauchen der Folie in destilliertem Wasser abgespiilt wurde. Es ist also m6glich, fiir Aktivit~itsmessungen
Fig. 3b. 8.4/~g/cm 2 Ag, bekernte Folie.
~I;~!IL/I,¸¸I~,~ @ ~ ~L~ ,, ~ ~i¸¸ i~iil
::°~::
Fig. 4a. 11.5/~g/cm a Ag, u n b e k e r n t e Folie.
2:;
Fig. 4b. 11.5/2g/cm 2 Ag, bekernte Folie.
Fig. 3a, 3b, 4a, 4b. Elektroner~mikroskopische A u f n a h m e n von A g - A u f d a m p f s c h i c h t e n auf Formvarfolien. (Vergr6sserung 1 : 60 000).
8/~g/cm 2 Silber bedampft waren, war das der Fall. Die ausserordentliche Festigkeit derartiger Pr~iparatunterlagen ersieht man aus der Tatsache, dass es gelungen ist, eine Formvarfolie yon 3.0/~g/cm ~, die mit 9.3 #g/cm 2 Ag bedampft war, insgesamt neunmal mit verschiedenen RbC1-Schichten zu bedampfen, wobei das auf-
in Z~ihlrohren ausreichend leitende Pr~paratunterlagen herzustellen mit einer mittleren Massenbelegung von nur 10 /~g/cm 2 und einer freitragenden Fl~iche von mindestens 85 × 30 mm 2. Gegeniiber den von Frau Geese verwendeten Folien von 50 bis 100 #g/cm 2 bedeutet dies einen nennenswerten Gewinn.
ZUR HERSTELLUNG SEHR DONNER ELEKTRISCH LEITENDER PRAPARAT-UNTERLAGEN F~31t ABSOLUTE p-ZAHLUNG E. H U S T E R u n d W . R A U S C H
Physikalisches Institut der Universitit! Marburg Received 1 A u g u s t 1958
Absolute fl-counting w i t h r a d i o e l e m e n t s of low d e c a y e n e r g y is difficult b e c a u s e of a b s o r p t i o n losses in t h e source a n d its backing. If m o r e o v e r t h e half-life is v e r y high, e x t e n d e d sources are necessary. I t h a s been f u r t h e r m o r e shown, t h a t b a c k i n g s m u s t be electrically c o n d u c t i n g to p r e v e n t c h a r g i n g of t h e source a n d t h e r e b y d i s t o r t i o n of
t h e electric field of t h e counter, if c o u n t i n g is done w i t h t h e source in t h e interior of t h e counter. A m e t h o d is described for p r e p a r i n g electrically c o n d u c t ing f o r m v a r foils of 85 × 30 m m ~ w i t h an overall t h i c k n e s s of 10 # g / c m ~. T h e c o n d u c t i v i t y is a t t a i n e d b y first e x p o s i n g t h e foil to a glow d i s c h a r g e in a h y d r o c a r b o n a t m o s p h e r e a n d t h e n e v a p o r a t i n g silver on it.
1. Einleitung Absolutmessungen von fi-Aktivitiiten sind um so schwieriger, je geringer die Zerfallsenergie und je gr6sser die Halbwertszeit des Strahlers ist. Misst man im Zihlrohr in 2~-Geometrie, so wird die Messung durch zwei gegenl~iufige Effekte gef~ilscht, durch Absorption im Pfiiparat und durch Rtickstreuung aus der Unterlage.
geringen fl-Energie noch eine hohe Halbwertszeit hinzukommt (wie z.B. beim RbST), so ben6tigt man grossfl~ichige Pfiiparate, um ausreichende Z~ihlraten zu erhalten. Ausserdem muss die Pr~iparatunterlage eine so hohe elektrische Leitfiihigkeit haben, dass sie die beiden Z~ihlrohre elektrostatisch v611ig trennt, oder, mit anderen Worten, Z~ihlrohrkathode
PrOparat ZOhldrOhte
Fig. 1. 4~-Z~ihlrohr.
Welcher Effekt iiberwiegt, ist off schwer zu entscheiden. Misst man in 4Jr-Geometrie (Fig. 1), so treten Z~ihlverluste auf infolge yon Absorption in Pfiiparat und Unterlage. Bei fl-Strahlern geringer Zerfallsenergie oder bei solchen, deren fl-Spektrum einen hohen Bruchteil von Elektronen niedriger Energie enth/ilt, muss man deshalb versuchen, Pr~iparat und Unterlage m6glichst diinn zu machen. Wenn zu der 213
und Pr~iparat miissen stets auf gleichem Potential liegen. Im anderen Falle l~idt sich die Folie in der Z~ihlrohrentladung positiv auf, und energiearme fl-Teilchen werden nicht angezeigtl). Zur Absolutmessung der fl-Aktivit~it langlebiger energiearmer Strahler werden also als Pdiparatunterlagen relativ grossfl~ichige Folien 1) I. Geese-B/ihnisch u n d E. H u s t e r , N a t u r w i s s . 41 (1954) 495; I. Geese-B~hnisch, Z. f. P h y s i k 142 (1955) 565
214
E, H U S T E R
U N D W. R A U S C H
hoher elektrischer Leitf~higkeit ben6tigt. Im allgemeinen werden organische Folien mit aufgedampfter Metallschicht benutzt. Im Rahmen unserer Untersuchungen an energiearmen/~Strahlern haben wit versucht, solche Folien mit m6glichst geringer Massenbelegung herzustellen. Da sich zeigte, dass hierfiir allgemeineres Interesse besteht, teilen wir im folgenden die Herstellungsmethode mit.
2. Herstellung der Triigerfolien Zun~ichst wurde versucht, die Folien aus Zaponlack herzustellen. Es zeigte sich jedoch, dass Zaponfolien, die den anschliessenden Bedampfungen mit Metall und Pr~iparat gewachsen sind, relativ click sein miissen. Bei gleicher Dicke ist Formvart mechanisch und thermisch weitaus h6her belastbar als Zapon. Diinne Formvarfolien lassen sich relativ einfach in folgender Weise herstellen: (a) Man reinigt eine Glasscheibe, die etwas gr6sser ist als die ben6tigte Folie, erst in destilliertem Wasser, dann in einer )~ther-AlkoholL6sung, und wischt sie danach grtindlich mit einem Fensterleder ab. (b) Man taucht die Glasscheibe bis etwa 10 mm unterhalb ihres oberen Randes senkrecht in eine L6sung von Formvar in Dichlor~ithylen. Die erforderliche Konzentration der L6sung richtet sich nach der gewtinschten Schichtdicke (Angaben dartiber bei P. Barreau e/ al.2)). (c) Man zieht die senkrecht gehaltene Scheibe aus der L6sung heraus. Die Dicke der anhaftenden Formvarschicht h~ngt ausser yon der Konzentration der L6sung betr~ichtlich yon der Geschwindigkeit ab, mit der man die Scheibe herauszieht. Man kann daher durch Ver~indern dieser Geschwindigkeit die Schichtdicke tiber die L~nge der Folie variieren und Schichten mit einer Art von Querrippen herstel-
draht (Cu oder A1) ein. (Eine Rasierldinge besch~idigt die Oberfl~che der Glasscheibe. Diese kann danach nicht erneut benutzt werden.) Anschliessend schwemmt man die Folie in destilliertem Wasser ab, indem man die Scheibe m6glichst flach langsam unter die Wasseroberfl~che schiebt. (e) Wenn die Folie frei auf dem Wasser schwimmt, tancht man den Rahmen, auf den sie aufgebracht werden soll, unter die Wasseroberfl~che und zieht ihn dann vorsichtig in senkrechter Stellung so wieder heraus, dass ein Rand der Folie am oberen Rand des Rahmens haften bleibt. Sehr dtinne Folien k6nnen leicht durch die Oberfl~ichenspannung des Wassers oder durch das Gewicht anhaftender Wassertr6pfchen zerst6rt werden. Es empfiehlt sich daher, den Rahmen zun~ichst nur so welt anzuheben, bis sich ein Streifen der Folie von nur 1 bis 2 mm oberhalb der Wasseroberfl~iche befindet. Wartet man dann einige Sekunden, so reisst der Wasserfilm an beiden Seiten des Rahmens ab. Anschliessend muss der Rahmen so langsam herausgezogen werden, dass die yon der Wasseroberfl~iche abgezogene Folie an ihrer Unterseite keinen Wasserfilm (oder Tr6pfchen) mitnehmen kann. Hier wirken die unter (c) erw~ihnten Querrippen sehr gtinstig, wenn sie in der Richtung liegen, in der die Folie yon der Wasseroberfl~che abgezogen wird. Bei sorgfitltiger Beachtung besonders der unter (e) genannten Vorsichtsmassregeln gelang es, Folien bis herab zu 0.9 /~g/cm2 bei einer freitragenden Fl~tche von 85 × 30 m m 2 von freier Hand herzustellen, ohne Verwendung des yon Barreau et al. beschriebenen mechanischen Tisches. (Die mittlere Massenbelegung der Folien wurde mit einer Mikrowaage bestimmt.)
3. Metallbedampfung der Folien
(d) Nach wenigen Minuten ist das L6sungsmittel verdunstet. Man ritzt jetzt die Formvarschicht einige mm vom Rand der Scheibe entfernt ringsherum mit einem weichen MetaU-
Frau Geese 1) erreichte ausreichende Leitf~higkeit der Zaponfolie in ihrem 4z-Z~hlrohr (Fig. 1) meist nur mit einem Silberbelag von je 30 /~g/cm2 auf jeder Folienseite. Nur in Ausnahmef~llen gentigten dtinnere Schichten. Ob
t F o r m v a r wird z.B. u n t e r der B e z e i c h n u u g P o l y v i n y l f o r m a l E 220444 v o n d e n F a r b w e r k e n H o e c h s t hergestellt.
e) p. B a r r e a u , P. LSger, J. M o r e a u u n d J o u r n . P h y s . et R a d . 15 (1954) 4A.
len.
P. P r u g n e ,
SEHR
DIJNNER
ELEKTRISCH
LEITENDER
PRAPARAT-UNTERLAGEN
215
eine einseitige Bedampfung ausgereicht h~itte, wurde nicht gepriift. Dass ausreichende Leitf~ihigkeit erst bei so hohen Schichtdicken eintritt, liegt an der relativ hohen Oberfliichenbeweglichkeit der Silberatome. Sie hat zur Folge, dass sich alas Silber zun~ichst in Form voneinander isolierter Inselchen niederschlSgt. Wachsen diese Inseln beim Bedampfen his zur gegenseitigen Beriihrung, so steigt die Leitf~ihigkeit oft innerhalb einer Zunahme der mittleren Massenbelegung yon nur 1 his 2 #g/cm 2 um mehrere Zehnerpotenzen. Einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Aufdampfbedingungen und Leitf~ihigkeit der Schicht konnte Frau Geese nicht feststellen. Es ist jedoch bekannt, dass die Oberfliichenbeweglichkeit beim Aufdampfen mit steigender Schmelztemperatur des Metalls abnimmt und mit steigender Temperatur der Unterlage zunimmt3). Die diinnen Folien zu kiihlen, ist schwierig. Sie werden beim Bedampfen naturgemSss erheblich w~irmer als etwa Glasplatten, bei denen deshalb gute Leitf~ihigkeit schon bei erheblich diinneren Metall-Aufdampfschichten eintritt. Es blieb die MSglichkeit, die Folien entweder mit einem Metall hohen Schmelzpunktes zu bedampfen oder wenigstens zu "bekernen". Es geniigt, die Folie mit einer weniger als monoatomaren Schicht des schwer schmelzbaren Metalls zu bedampfen, um damit fiir die folgende Bedampfung mit einem Metall niedrigen Schmelzpunktes Kondensationskerne zu schaffen4). Deshalb wurde zun~ichst versucht, nach dem von Brochard et al. 5) angegebenen Verfahren Platin oder Wolfram durch Elektronenbeschuss zu verdampfen. Das gelang auch, doch wurden die Folien durch die W~irmestrahlung des verdampfenden Metalls zerst6rt. Die Bekernung gelang jedoch mit Kohlenstoff, der wegen seines sehr hohen Schmelz-
punktes sehr geeignet erschien. Diinne Kohlenstoffschichten lassen sich dutch eine Glimmentladung in einem gasfSrmigen Kohlenwasserstoff erzeugen. Die in einer solchen Entladung entstehenden C-Ionen werden im elektrischen Feld je naeh ihrer Ladung zur Anode oder Kathode beschleunigt. Die Folien wurden deshalb einer Glimmentladung in Naphtalindampf yon einigen 10 -a Tort ausgesetzt. Die Folien wurden dabei isoliert etwa 10 cm vor der Kathode angebracht. Die der Anode zugewandte Seite war durch ein Blech abgedeckt, so dass nur eine Seite der Folie bekernt wurde. Bei einer Spannung von 1000 V und einem Entladungsstrom yon 10 mA nahm die Massenbelegung der Folie um etwa 1.3 /~g/cm ~ je Minute Glimmdauer zu (Mikrowaage). Zum Vergleich warden nun (dutch 10 sec Glimmentladung) bekernte und unbekernte Formvarfolien mit Silber bedampft und die elektrischen Widerst~inde verglichen. Das Silber wurde bei einem Druck von etwa 1 × i0 -s Tort von einem elektrisch geheizten Tantalblech dutch eine Blende yon 5 mm Durchmesser hindurch auf die etwa 20 cm vom Blech entfernte Folie aufgedampft. Gegen WXrmestrahlung war soweit als m6glich abgeschirmt. Die Aufdampfzeit betrug je nach Heizstromst~rke und gewiinschter Ag-Schichtdicke 5 bis 15 sec. Nach dem Aufdampfen wurde die Schichtdicke durch W~gung ermittelt und danach die Folie auf einen Glas-Objekttr~gert aufgebracht, wo eine solche diinne Folie yon selbst festklebt. Nachdem an beiden Enden des Objekttriigers zus~tzlich je eine dicke Silberschicht als Kontakt aufgedampft war, konnte der Widerstand zwischen diesen beiden Kontakten mit einer Messbriicke bestimmt werden. Der elektrische Widerstand einer solchen Schicht ist R = e ~a,
3) H. Mayer, P h y s i k d i i n n e r Schichten, B a n d 2 (Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft m . b . H . , S t u t t g a r t , 1955) S. 98 ft. 4) lb., S. 102. Fiir e n t s p r e c h e n d e H i n w e i s e n o c h v o r E r s c h e i n e n des B u c h e s m 6 c h t e n wir d e m Verfasser herzlieh danken. 5) j . t3rochard, P. G i a e o m o u n d P. J a e q u i n o t , J o u r n . P h y s . et R a d . 12 (1951) 632.
wenn p der spezifische Widerstand, a der Abstand der Kontakte, b die Breite und d die t Die O b j e k t t r ~ g e r m i i s s e n v611ig g l a t t u n d frei v o n K r a t z e r n sein. S c h o n eine Scharte, die m a n m i t e i n e r R a s i e r k l i n g e in die Glasoberfi~che einritzt, k a n n d e n W i d e r s t a n d einer danach a u f g e b r a c h t e n Folie y o n e t w a 100 a u f e t w a 1000 O h m e r h 6 h e n .
216
E. H U S T E R UND W. R A U S C H
Dicke der Schicht ist. F fir a = b, d.h. f fir quadratische Schichten erNilt man also d Diesen von Ausdehnung und Form der Schichten nicht mehr abh~ingenden Ausdruck nennen wir "Fl~ichenwiderstand". Er ist ftir unbekernte und bekernte Folien in Fig. 2 dargestellt. (Wegen des beschrfinkten Messbereichs der verwendeten
zeigen den Strukturunterschied der anschliessend aufgedampften Silberschichten. Das Silber hebt sich dunkel von der Folie ab. Auf unbekernten Folien schl~igt es sich zun~ichst in Form unregelm~ssig geformter Tr6pfchen nieder, aus denen bei weiterer Bedampfung ver~stelte, aber noch immer voneinander isolierte Bereiche entstehen (Fig. 3a). Erst bei etwa 12 #g/cm 2 wird die Schicht einigermassen
log R >
C~
~O0
O0
0
6, 5. 4'
2' 1,
ib
/5
20
25
o[,#q
Fig. 2. F1/~chenwiderstand aufgedampfter Ag-Schichten auf bekernten ( I ) und unbekernten (O) Folien.
Briicke wurden nur Widerstiinde R < 107 Ohm gemessen.) Die Kurven zeigen den erwarteten steilen Abfall von R, der innerhalb weniger ~ug/cm~ fiber mehrere Zehnerpotenzen geM. Ohne Bekernung beginnt der steile Abfall unter 107 Ohm bei etwa 12 /~g/cm2, mit Bekernung schon bei etwa 6/zg/cm 2. Weiter wurden mit und ohne Bekernung aufgedampffe Silberschichten im Elektronenmikroskop untersucht. Um bei v611ig gleichen Aufdampfbedingungen vergleichen zu k6nnen, wurden die Folien bei der Bekernung zur H~ilffe abgedeckt, so dass nur eine H~ilfte der Entladung ausgesetzt war. Die Figuren 3 und 4
zusammenhiingend (Fig. 4a). Bei bekernten Folien erfolgt dieser Ubergang viel frfiher (Fig. 3b). (Schon bei nur 3.5 /~g/cm 2 ist hier der Zusammenhang besser als bei 8.4 #g/cm 2 in Fig. 3a.) Ab etwa 10 #g/cm ~ sind die Schichten auf bekernten Folien nahezu homogen wie in Fig. 4b. 4. Priifung im im 4rt-Ziihlrohr Ob eine Folie ausreichend leitet, 1/isst sich leicht im 4~-Z/ihlrohr prfifen (Fig. 1). Man legt an einen der Z~ihldr~ihte Z~ihlspannung und z~ihlt. Wenn die Z~ihlrate sich nicht ~indert, wenn man die Spannung am anderen Dram
SEHR DONNER
ELEKTRISCH
LEITENDER
von Null bis kurz unter die Einsatzspannung variiert, so sind die beiden Rohre elektrostatisch v611ig voneinander getrennt. Bei bekernten Folien von etwa 2/~g/cm ", die einseitig mit etwa
Fig. 3a. 8.4 # g / c m ~ Ag, u n b e k e r n t e Folie.
PR~.PARAT-UNTERLAGEN
917
gedampfte RbC1 zwischendurch zweimal durch Untertauchen der Folie in destilliertem Wasser abgespiilt wurde. Es ist also m6glich, fiir Aktivit~itsmessungen
Fig. 3b. 8.4/~g/cm 2 Ag, bekernte Folie.
~I;~!IL/I,¸¸I~,~ @ ~ ~L~ ,, ~ ~i¸¸ i~iil
::°~::
Fig. 4a. 11.5/~g/cm a Ag, u n b e k e r n t e Folie.
2:;
Fig. 4b. 11.5/2g/cm 2 Ag, bekernte Folie.
Fig. 3a, 3b, 4a, 4b. Elektroner~mikroskopische A u f n a h m e n von A g - A u f d a m p f s c h i c h t e n auf Formvarfolien. (Vergr6sserung 1 : 60 000).
8/~g/cm 2 Silber bedampft waren, war das der Fall. Die ausserordentliche Festigkeit derartiger Pr~iparatunterlagen ersieht man aus der Tatsache, dass es gelungen ist, eine Formvarfolie yon 3.0/~g/cm ~, die mit 9.3 #g/cm 2 Ag bedampft war, insgesamt neunmal mit verschiedenen RbC1-Schichten zu bedampfen, wobei das auf-
in Z~ihlrohren ausreichend leitende Pr~paratunterlagen herzustellen mit einer mittleren Massenbelegung von nur 10 /~g/cm 2 und einer freitragenden Fl~iche von mindestens 85 × 30 mm 2. Gegeniiber den von Frau Geese verwendeten Folien von 50 bis 100 #g/cm 2 bedeutet dies einen nennenswerten Gewinn.