Rasterelektronenmikroskopie (REM)
Mit der Rasterelektronenmikroskopie werden Oberflächen
untersucht. Ein Elektronenstrahl tastet die Probe zeilenförmig ab. Der Elektronenstrahl wird analog zum TEM erzeugt. Da keine
großen Eindringtiefen nötig sind, ist die
Beschleunigungsspannung kleiner (von 1 bis ca. 30 kV). Mit
einem Detektor werden die in alle Raumrichtungen
davonfliegenden Sekundär- und Rückstreuelektronen registriert.
Zur möglichst vollständigen Erfassung aller Elektronen wird
zwischen der Probe und dem Detektor eine Spannung angelegt,
wodurch die Elektronen zum Detektor "gesaugt" werden. Durch die
Höhe der Spannung können Sekundärelektronen von
Rückstreuelektronen unterschieden werden. Die
Sekundärelektronen werden mit einem Szintillator-
Photomultiplier, die Rückstreuelektronen mit einem
Halbleiterdetektor registriert. Die von den Detektoren
ausgehenden Signale dienen zur Darstellung eines Bildes. Die
Vergrößerung erhält man nicht wie beim TEM durch
elektromagnetische Linsen, sondern allein durch das Verkleinern
des abgetasteten Bereiches. Die Auflösung ist abhängig vom
Primärstrahldurchmesser (erreichbare Durchmesser liegen bei
5-10 nm).
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Der Abbildungskontrast entsteht durch:
- Reliefkontrast (Oberflächentopologie)
- Abschattungskontrast (Schatteneffekte)
- Flächenneigungskontrast (die Signalausbeute ist eine Funktion des Neigungswinkels der Oberfläche zum Primärstrahl)
- Kantenkontrast (scharfe Kanten oder Spitzen haben durch den vermehrten Austritt von Sekundärelektronen auf Grund der größeren Oberfläche im Verhältnis zum bestrahlten Volumen eine höhere Intensität)
- Materialkontrast (abhängig von der Ordnungszahl der Elemente in der Probe)
Abbildungsmethoden
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Sekundärelektronen
Die Sekundärelektronen sind eine häufig genutze Informationsquelle. Die Elektronen des Strahls (Primärelektronen) treten in Wechselwirkung mit den Atomen des zu untersuchenden Objekts und erzeugen Sekundärelektronen (SE). Sie haben eine Energie von einigen eV. Die Sekundärelektronen stammen aus den obersten Nanometern der Probe. Sie bilden somit die Topografie des Objektes ab.
Rückgestreute Elektronen
Die Detektion der rückgestreuten Elektronen (engl. Backscattered Electrons, BSE) ist ein weiteres Abbildungsverfahren. Es handelt sich vom Objekt reflektierte Primärelektronen mit einer Energie von einigen keV. Die mittlere Ordnungszahl des Materials ist für die Intensität des Signals verantwortlich. Je schwere ein Element ist, desto stärker ist die Rückstreuung, d.h. schwere Element werden heller abgebildet als leichte. Das BSE Bild (Materialkontrastbild) enthält Informationen, welche Rückschlüsse auf die chemischen Elemente des Probenmaterials zulassen. Der Materialkontrast wird aber auch von der Topographie der Probe beeinflußt.
Probenstrom
Die adsorbierten Elektronen des Primärstrahls können auch zur Abbildung der Oberfläche verwendet werden.
Kathodolumineszenz
Einige Stoffe emitieren beim bestrahlen mit Elektronen Licht. Mit Hilfe der spektrale Zerlegung dieses Lichts können Informationen von Intern- und Defektstrukturen sowie Spurenelementen ermittelt werden.
Augerelektronen
Augerelektronen können ebenfalls durch die Wechselwirkung des Primärstrahls mit der Probe emitiert werden.
ESEM
Eine spezielle Variante des Rasterelektronenmikroskops ist das ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope). Bei diesem REM Typ wird nur die Elektronenstrahlerzeugung im Hochvakuum durchgeführt. Die Probenkammer steht dagegen nur unter einem leichten Vakuum. Das Restgas in der Kammer wirkt dabei als Verstärker und sorgt für eine Ladungskompensation, so dass keine Beschichtung der Proben nötig ist. Somit lassen sich auch nicht vakuumstabile, ausgasende Proben oder Proben in feuchter Umgebung untersuchen.
weiterführende Links
Bildanalyse Software Scandium, digitales Scan Interface für REM (ADDA): Olympus Soft Imaging Solutions
Elektronenmikroskope: Zeiss
Elektronenmikroskope: FEI
