Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Methoden
M27: Rasterelektronenmikroskopie
(REM)
M27: Rasterelektronenmikroskopie (REM)
Im Rasterelektronenmikroskop (REM, engl.
Scanning Electron Microsope, SEM) trifft ein fein
fokussierter Elektronenstrahl auf eine Probe, wobei
der Durchmesser im Auftreffpunkt etwa 1 nm
beträgt. Die Elektronen dringen dann in die Probe
ein, werden dort an den Atomen gestreut und erzeugen
dabei, wie in Abb. 1 schematisch gezeigt,
eine Vielzahl von Wechselwirkungsprodukten. Von
diesen sind einige zur Abbildung der Probenoberfläche,
andere wiederum zur chemischen Analyse
der Oberfläche geeignet.
Durch die Wechselwirkung mit der Materie
werden die Elektronen abgebremst und verlieren
schließlich ihre Energie. Die Größe des Probenvolumens,
in welchem diese Wechselwirkungen
stattfinden, hängt sowohl von der Energie der Elektronen
als auch der Dichte des Materials ab. Der
typische Energiebereich im REM beträgt 0,2– 30
keV (1 keV = Energie, die ein Elektron beim Durchlaufen
einer Potentialdifferenz von 1 kV erhält). Der
mittlere Durchmesser des Wechselwirkungsvolumens
kann also mehrere µm betragen (s. Text zu
Abb. 1), aber bei sehr niedriger Elektronenenergie
auch im Bereich von einigen 10 nm liegen. Die
Informationstiefe liegt, da die Elektronen die Probe
ja wieder verlassen müssen, um zum Detektor zu
gelangen, bei etwa der halben Eindringtiefe der
Elektronen in die Probe. Man kann also bis zu dieser
Tiefe in die Probe „hineinsehen“ und Strukturen wie
Hohlräume oder Einschlüsse, die innerhalb dieser
Schicht liegen, auch erkennen.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Wechselwirkung
von Elektronen, welche mit
einer Energie E 0
auf eine Probenoberfläche
auftreffen, mit dem Probenmaterial.
Die Eindringtiefe der Elektronen in
die Probe ist von ihrer Energie (E 0 ) und
der Dichte des Materials abhängig. Man
„sieht“ in die Probe „hinein“ ! Beispiel
Al (Dichte: 2,7 g /cm 3 ): Bei E 0 = 25 keV
beträgt die Eindringtiefe ~6,6 µm, bei E 0
= 2 keV beträgt diese nur ~0,1 µm.
Zur Abbildung der Probenoberfläche mit Auflösung
im nm-Bereich werden die Sekundärelektronen
(SE) verwendet. Diese haben sehr niedrige
Energie und entstehen dadurch, dass hochenergetische
Elektronen ihrerseits aus den Atomen der
Probe „sekundäre“ Elektronen herausschlagen.
Wegen ihrer geringen Energie können diese maximal
aus einer Tiefe von einigen nm die Probe
verlassen. Da aber auch vom Probeninneren an die
Oberfläche zurückgestreute Elektronen sekundäre
Elektronen erzeugen können, erhält man trotzdem
auch die Information aus dem Probeninneren.
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