In current experiments and technical applications the demand for new and advanced concepts for the detection of radiation and particle is increasing. Low temperature detectors such as Transition Edge Sensors (TES) have been developed as ultrahigh-resolution radiation and particle detectors offering advantages in manifold applications. They were designed primarily for astrophysical experiments such as the dark matter search. In material analysis they have been introduced to revolutionize mass spectroscopy of biological molecules and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). EDS is the determination of the elemental constitution of samples in scanning electron microscopes (SEMs) with characteristic X-ray radiation excited by the electron beam. The use of TES detectors improves the EDS analysis of small volumes such as particles or thin layers. This is especially important for the semiconductor industry because of the continual shrinking of device size. Current structure sizes of 65 nm are already demanding new approaches in analytic methodology. In this thesis the introduction and improvement of a fully automated TES detector system in the industrial environment of a semiconductor failure analysis lab is described. This system, marketed under the trade name of 'Polaris' by the manufacturer, is based on a mechanical pulse tube cooler in combination with an adiabatic demagnetization refrigerator (ADR) for cooling the TES detector to its operating temperature. Several large improvements had to be made to the system during the total system integration. The energy resolution could be improved significantly thus enabling a better peak separation and the measurement of chemical shifts. Due to the small area of TES detectors compared with conventional EDS detectors the efficiency of the system proved to be too low for everyday use. A polycapillary X-ray lens was added to the system in order to solve this problem. The application of the lens, however, brought its own problems and appropriate and practicable adjustment methods had to be developed. With the lens the count rate could be increased by more than two orders of magnitude. In order to identify X-ray peaks correctly, an accurate energy calibration correcting the nonlinear behavior of the TES detector is absolutely necessary. A new approach to the linearization of TES has been developed and enables a calibration accuracy for TES spectra fulfilling all the needs of material analysis. This linearization method is also easy to handle for the future user of the system. With the achieved degree of automation and extended analysis possibilities such as a superior peak separation, a lower element detection limit and easy peak identification, TES-EDS spectrometers hold the potential to replace conventional Si(Li) detectors in the near future.     «

In current experiments and technical applications the demand for new and advanced concepts for the detection of radiation and particle is increasing. Low temperature detectors such as Transition Edge Sensors (TES) have been developed as ultrahigh-resolution radiation and particle detectors offering advantages in manifold applications. They were designed primarily for astrophysical experiments such as the dark matter search. In material analysis they have been introduced to revolutionize mass spe...     »

In zeitgenössischen Experimenten and technischen Anwendungen steigt der Bedarf an neuen und fortgeschrittenen Detektoren für den Nachweis von Strahlung und Teilchen. Tieftemperaturdetektoren wie Transition Edge Sensors (TES) wurden als ultrahoch-auflösende Strahlungs- und Teilchendetektoren entwickelt und bieten vielerlei Anwendungen. Primär wurden sie allerdings für Experimente in der Astro-Teilchenphysik entwickelt, wie z.B. die Suche nach Dunkler Materie. In der Materialanalyse wurden sie eingeführt, um die Massenspektroskopie von Bio-Molekülen und die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) zu revolutionieren. EDX ist die Elementbestimmung in Raster-Elektronenmikroskopen (REMs) mithife von charakteristischer Röntgenstrahlung. Der Einsatz von TES- Detektoren verbessert die EDX- Analyse von kleinen Volumina wie Partikeln oder dünnen Schichten enorm. Dies ist, wegen der fortschreitenden Verkleinerung der Strukturgrössen, besonders wichtig für die Halbleiterindustrie. Momentan benutzte Strukturgrössen von 65 nm verlangen bereits neue Ansätze in der Analytik. In dieser Arbeit wird die Einführung und Verbesserung von einem voll automatisierten TES- Detektorsystem in die industrielle Umgebung eines Fehleranalyselabors beschrieben. Dieses System, das unter dem Namen Polaris vermarktet wird, basiert auf einem Pulsrohrkühler kombiniert mit einer adiabatischen Entmagnetisierungsstufe (ADR), die benötigt wird, um den Detektor auf seine Arbeitstemperatur abzukühlen. Mehrere Verbesserungen an diesem System mussten durchgeführt werden, um einen Betrieb in industrieller Umgebung zu ermöglichen. Die Energieauflösung konnte erheblich verbessert werden, was eine bessere Linientrennung und die Messung von chemischen Verschiebungen ermöglicht. Wegen der, im Vergleich zu konventionellen Detektoren, kleinen Detektorfläche war die Nachweiseffizienz zu niedrig für den Alltagseinsatz. Um dieses Problem zu lösen wurde eine polykapillare Linse installiert. Der Einsatz dieser Linse war problematisch und eine einfache Justiermethode musste entwickelt werden. Allerdings konnte mit diesen Massnahmen die Zählrate um mehr als zwei Grössenordnungen gesteigert werden. Um Röntgenpeaks korrekt identifizieren zu können ist eine genaue Kalibrierung des Detektorsystems erforderlich, die die nichtlineare Detektorcharakteristik korrigiert. Ein neuer Ansatz für die Linearisierung von TES wurde entwickelt, der die Anforderungen der Materialanalyse voll erfüllt. Diese Methode ist einfach zu benutzen für zukünftige Nutzer des Spektrometers. Mit dem erreichten Grad an Automatisierung und erweiterten Analysemöglichkeiten, wie einer überlegenen Linientrennung, einer niedrigen Nachweisgrenze und einer einfachen Linienidentifizierung, haben TES-EDX-Spektrometer das Potential konventionelle Detektoren komplett zu ersetzen.     «

In zeitgenössischen Experimenten and technischen Anwendungen steigt der Bedarf an neuen und fortgeschrittenen Detektoren für den Nachweis von Strahlung und Teilchen. Tieftemperaturdetektoren wie Transition Edge Sensors (TES) wurden als ultrahoch-auflösende Strahlungs- und Teilchendetektoren entwickelt und bieten vielerlei Anwendungen. Primär wurden sie allerdings für Experimente in der Astro-Teilchenphysik entwickelt, wie z.B. die Suche nach Dunkler Materie. In der Materialanalyse wurden sie ein...     »