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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).


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)

Foraminaferen


Abbildungsmethoden

Sekundärelektronen

Die Sekundärelektronen sind eine häufig genutzte 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 emittieren beim Bestrahlen mit Elektronen Licht. Mit Hilfe der spektralen 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 emittiert 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