Arten von Elektronenmikroskopen.

Elektronenmikroskope lassen sich nach zwei grundsätzlichen Gesichtspunkten einteilen:

  • Der erste ist die Art der Bilderzeugung:

    • Rasterelektronenmikroskope (REM oder, für engl. scanning electron microscope, SEM) erzeugen mit einem elektronenoptischen System elektromagnetischer und elektrostatischer Linsen einen feinen Elektronenstrahl auf dem Objekt, der zeilenweise über den zu untersuchenden rechteckigen Objektbereich geführt wird („gerastert“). Das Bild kommt dabei durch die synchrone Registrierung eines vom Elektronenstrahl ausgelösten oder beeinflussten Signals zustande.

    • Ruhebildmikroskope bestrahlen einen Objektbereich mit einem feststehenden, breiten Elektronenstrahl. Das Bild wird hier erzeugt, indem ein Teil der vom Objekt ausgehenden Elektronen zur Bilderzeugung mittels eines elektronenoptischen Systems verwendet wird. Wichtig ist hier, dass die Elektronen im Objekt – anders als Licht – stark inelastisch gestreut werden und Energie verlieren. Die elektronenoptischen Abbildungssysteme weisen aber starke chromatische Aberrationen auf, daher stören die inelastisch gestreuten Elektronen das optisch erzeugte Bild. Generell kann der Ruhebildmodus nur genutzt werden, wenn nach der Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit dem Objekt genügend Elektronen mit einer hinreichend schmalen Energieverteilung zur Verfügung stehen und gleichzeitig nicht zu viele Elektronen mit abweichenden Energien auftreten. Dies ist naturgemäß gegeben für hinreichend dünne Objekte. Die untersuchbare Objektdicke lässt sich steigern, wenn mittels Elektronenenergiefilter Elektronen eines geeigneten Energiebereichs zur Abbildung ausgewählt werden.
       

  • Die zweite Einteilungsmöglichkeit bezieht sich auf die Geometrie der Anordnung.

    • In Transmission wird gearbeitet, indem die schnellen Strahlelektronen nach Durchgang durch das Objekt zur Bilderzeugung verwendet werden, wobei in der Regel nur sehr kleine Streuwinkel erfasst werden. Transmissionselektronenmikroskope (TEM) arbeiten meistens nach der Ruhebildmethode, gelegentlich wird hierbei die Rastermethode angewendet (Raster-Transmissionselektronenmikroskop (STEM) von englisch „scanning transmission electron microscopy/microscope“). Die untersuchten Objektbereiche müssen sehr dünn sein (man spricht von Elektronentransparenz, für heute übliche Beschleunigungsspannungen bzw. Elektronenenergien maximal einige 100 nm für sehr grobe Auflösung, typisch unter 100 nm, für Hochauflösung maximal einige 10 nm).

    • Werden zur Bilderzeugung hauptsächlich andere Signale als die transmittierten Elektronen eingesetzt, so gibt es dafür keine feststehende Bezeichnung. In der folgenden Tabelle, die die gegebene Einteilung verdeutlicht, steht dafür o. B. d. A. Rückstreuung (an dieser Stelle ist nicht der physikalische Begriff gemeint). Will man kompakte Objekte untersuchen, so ist dies die einzige Möglichkeit. Die benutzten Signale sind meist Sekundärelektronen, seltener Rückstreuelektronen. In der Regel kann hierfür nur im Rasterverfahren (s. o.) gearbeitet werden. Eine Ausnahme bildet der streifende Einfall von Elektronen auf nahezu ebene Festkörperoberflächen, hier wird ein hinreichender Anteil von Elektronen elastisch reflektiert, so dass man im Ruhebildmodus arbeiten kann.
       

Die Kombination der genannten Einteilungen liefert folgende Matrix (die bei weitem häufigsten Typen sind fett gesetzt):

 

Die nach der Anzahl von installierten Geräten häufigsten Elektronenmikroskope sind die REM/SEM, gefolgt von TEM. Noch weniger findet man STEM, wobei besonders in den seit etwa Mitte der 1990er Jahre entwickelten TEM-Geräten aber häufig der STEM-Modus als Betriebsart möglich ist, reine STEM-Geräte (engl. dedicated STEM) sind ausgesprochen selten. Reflexionsmikroskope sind nur als Laborbauten in einigen Instituten zu finden, aber nicht kommerziell erhältlich. Reflexionsmikroskopie lässt sich aber auch in einem normalen TEM praktizieren, wenn die Objektoberfläche nahezu parallel zum Elektronenstrahl gestellt werden kann. Die Reflexionsmikroskopie, d. h. elektronenoptische Abbildung von Oberflächen, wird beispielsweise bei Kurzzeitexperimenten, bei denen der Elektronenstrahl nur für sehr kurze Zeiten zur Verfügung steht, eingesetzt; die kurze Zeitspanne würde nicht ausreichen, das Bildfeld in einer Weise wie beim REM mit einem Elektronenstrahl abzufahren.

 

Darüber hinaus gibt es noch das Feldelektronenmikroskop (auch als Feldemissionsmikroskop (FE-SEM) von englisch "Field Emission Scanning Electron Microscope" bezeichnet), das ohne eine abbildende Optik arbeitet, und in dem das Objekt selbst die Kathode bildet, aus der die Elektronen austreten. Das FE-SEM gehört zu den hochauflösenden Mikroskopen, mit denen eine räumliche Auflösung im atomaren Bereich möglich ist.

Des weiteren das Rasterkraftmikroskop, auch atomares Kraftmikroskop oder Atomkraftmikroskop (AFM von engl. "atomic force microscope") genannt, ist ein spezielles Rastersondenmikroskop. Es ist ein wichtiges Werkzeug in der Oberflächenchemie und dient zur mechanischen Abtastung von Oberflächen und der Messung atomarer Kräfte auf der Nanometerskala.

Ein Focused Ion Beam (FIB, englisch für „fokussierter Ionenstrahl“, deutsch auch Ionenfeinstrahlanlage) ist ein Gerät zur Oberflächenanalyse und -bearbeitung. Steht der Materialabtrag im Vordergrund, heißt das Verfahren auch Ionendünnung. Wenn die Abtastung der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts durch den Ionenstrahl primär als bildgebendes Verfahren eingesetzt wird, dann spricht man auch von einem Focused-Ion-Beam-Mikroskop.

Quelle:

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenmikroskop

https://de.wikipedia.org/wiki/Rasterkraftmikroskop

https://de.wikipedia.org/wiki/Focused_Ion_Beam

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