Rasterelektronenmikroskopie

Aus Lexikon der Kunststoffprüfung
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Rasterelektronenmikroskopie

Das Rasterelektronenmikroskop - REM (engl.: „scanning electron microscope“: SEM) ermöglicht die Abbildung von Probenoberflächen, wobei eine bessere Auflösung (höhere Vergrößerung) und eine bessere Schärfentiefe im Vergleich zum Lichtmikroskop erzielt werden kann (Bild 1).
Rem.jpg

Bild 1: REM Zeiss Ultra 55 am Institut für Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung der TU Graz, 2007; a: Elektronensäule, b: Probenkammer, c: Sekundärelektronendetektor, d: Rückstreuelektronendetektor; e: EDX-Detektor (Firma EDAX)

Abbildungsprinzip: Eine Elektronenquelle (Wolframkathode, Lanthanhexaborid-Kathode oder Feldemissionskathode) erzeugt einen feinen Elektronenstrahl, der nach weiterer Verkleinerung mit Hilfe eines elektromagnetischen Linsensystems ein rechteckiges Feld auf einer Probenoberfläche punktweise abrastert (siehe Bild 2).
Rem abbildungsprinzip.jpg

Bild 2: Abbildungsprinzip eines REM; Ein feiner Elektronenstrahl rastert die Probenoberfläche ab und simultan werden die dabei entstehenden Signalintensitäten als Graustufen auf einem Bildschirm dargestellt (je stärker das Signal desto heller der Bildpunkt).

In den Punkten erzeugt der einfallende Elektronenstrahl (Primärelektronen, PE) verschiedene Signale, die zur Bildentstehung genutzt werden können (Bild 3): Sekundärelektronen (SE), Rückstreuelektronen (RE), Röntgenstrahlung (X) etc. Voraussetzung für den ungehinderten Strahlengang der Elektronen ist ein Vakuum in der Probenkammer (Hochvakuum beim konventionellen REM, andere Vakuumbereiche beim ESEM).
Rem signale.jpg

Bild 3: Schematische Darstellung der am meisten genutzten Signale, die von den Primärelektronen erzeugt werden. PE: Primärelektronen, SE: Sekundärelektronen, RE: Rückstreuelektronen, X: Röntgenstrahlung, E: Energie der Primärelektronen (Angabe in Kiloelektronenvolt: keV)

Aufgrund der matrixartigen Erzeugung des Bildes ergibt sich die Definition der Vergrößerung (engl. Magnification: Mag) aus der Breite des Bildes bB und der Breite des abgerasterten Feldes bF:


Für die Rasterelektronenmikroskopie mögliche Werte der Vergrößerung liegen zwischen etwa 10x und 200.000x.

Abbildung mittels Sekundärelektronen (SE)

Abbildung mittels Rückstreuelektronen (RE)

Energiedispersive Röntgenspektroskopie, EDX