Rasterelektronenmikroskopie (REM bzw. SEM)

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Die Rasterelektronenmikroskopie (REM bzw. scanning electron microscopy SEM) erzeugt Bilder, indem ein fokussierter Elektronenstrahl über eine Probe gerastert wird, und von der Probe emittierte Sekundärelektronen oder die von der Probe rückgestreuten Elektronen erfasst werden. Da Elektronen viel feiner als Licht gebündelt bzw. fokussiert werden können, eröffnet SEM den Zugang zu Ortsauflösungen im Nanometerbereich.

 

 

Um die freie Weglänge von Elektronen zu erhöhen, sind Elektronenoptiken und Probe in einer Vakuumkammer untergebracht. Daher müssen zu untersuchende Materialien Vakuum-stabil sein. Abhängig vom eingesetzten Detektor liefert SEM unterschiedliche Bildkontraste, welche auf unterschiedlichen Eindringtiefen in die Probe und unterschiedlichen Materialeigenschaften basieren.

 

Secondary electron imaging (SEI)

Die Bildgebung aufgrund der detektierten Sekundärelektronen bildet vor allem die Oberflächentopographie ab. Da beim Austritt von Sekundärelektronen aus Atomen des untersuchten Materials ein Teil der Anregungsenergie als Austrittsarbeit aufgewendet werden muss, haben Sekundärelektronen eine relativ geringe kinetische Energie, und Elektronen aus lediglich den obersten wenigen Nanometern können aus der Probe zum Detektor gelangen.

 

Backscattered electron imaging (BEI)

Die direkt von der Probe zurückgestreuten Primärelektronen geben Aufschluss über die obersten wenigen 100 Nanometer des Probenmaterials. Aus diesem Grund wesentlich weniger von der Oberflächenstrukturierung beeinflusst, gibt der Rückstreukontrast vor allem Aufschluss über die Verteilung der chemischen Elemente und wird daher oft als Materialkontrast bezeichnet. Elemente höherer Ordnungszahl (schwerere Elemente) streuen Elektronen effizienter und erscheinen daher heller im Bild.

 

Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX)

Rasterelektronenmikroskope ermöglichen mittels eines energiedispersiven Spektrometers häufig auch die Aufnahme von Röntgenemissionsspektren. Nach Absorption der anregenden Elektronen können Atome Element-spezifische Emissions-Linien aussenden. Typischerweise können Röntgenstrahlen aus den obersten 2 µm eines Materials den Detektor erreichen. Sowohl Einzelspektren ausgewählter Probenstellen als auch EDX-Bilder ganzer Flächen lassen sich aufnehmen, welche die Verteilungen der chemischen Elemente wiedergeben.