Rasterelektronenmikroskopie
Manfred Schönborn
Laboratoriumsmethoden und -geräte, SEM, Scanning Electron Microscopy, mikroskopisches Verfahren zur umfassenden strukturellen, mikroanalytischen und morphologischen Charakterisierung von Oberflächen, das, im Gegensatz zur klassischen Lichtmikroskopie, Elektronenstrahlung verwendet, die das Präparat punktweise abrastert. Die Sekundäremissionen der einzelnen Punkte werden registriert und zu einem Bild zusammengesetzt. Der Grund für die Verwendung von Elektronen zur mikroskopischen Abbildung liegt im erheblich verbesserten Auflösungsvermögen, das theoretisch das Auflösungsvermögen lichtoptischer Mikroskope um mehrere Grössenordnungen übersteigen kann. Praktisch stellen jedoch die abbildenden elektronenoptischen Elemente (Elektronenoptik) eine starke Einschränkung bezüglich des Auflösungsvermögens dar. Weitere Vorteile der Rasterelektronenmikroskopie sind die pseudo-Dreidimensionalität der Abbildungen, die extrem hohe Tiefenschärfe sowie die simultane Verfügbarkeit unterschiedlicher Signale und die damit verbundene Informationsvielfalt (siehe Tab.).
Rasterelektronenmikroskopie: Zusammenstellung der Elektronen-Materie-Wechselwirkung und ihrer Verwendung in der Elektronenmikroskopie (EDX: energiedispersive Röntgenmikroanalyse, EELS: Elektronenenergieverlustspektroskopie, WDX: wellenlängendispersive Röntgenmikroanalyse).
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Effekt |
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erzeugtes Signal |
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Probentyp |
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Information über |
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Methode |
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laterale Auflösung |
Anwendungen |
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elastische Streuung |
elastisch gestreute Elektronen |
Transmission |
Struktur, Masse |
Rastertransmis- |
³ 1-2 nm |
Abbildung und Massenbestimmung von Objekten bis zu molekularen Dimensionen |
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rückgestreute Elektronen |
Reflektion |
Topographie, relative Zusammensetzung |
Rasterelektronen- |
³ 100 nm |
Materialkontrast bis zu Ordnungszahldifferenzen von DZ » 0,1 |
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unelastische Streuung |
unelastisch gestreute Elektronen |
Transmission |
Struktur, Masse, Zusammensetzung, Elementverteilung |
Rastertransmis- |
³ 2 nm |
qualitative und quantitative Zusammensetzung für Z ³ 3; Energieauflösung » 1 eV |
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Sekundär- |
Reflexion, (Transmission, bedingt) |
Topographie |
Rasterelektronen- |
³ 1nm |
häufigster Abbildungsmodus der SEM |
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Augerelektronen |
Reflexion, Transmission |
Zusammensetzung monoatomarer Oberflächen |
Rasterelektronen- |
³ 10 nm |
Ultrahochvakuum und absolute Oberfläche erforderlich |
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Kathodo- |
Reflexion |
Lokalisation von Fluoreszenzmarkern und Farbstoffen |
Rasterelektronen- |
³ 10 nm |
indirekter Nachweis von Molekülen bzw. reaktiven Gruppen |
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charakteristische Röntgenstrahlung |
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Reflexion, Transmission |
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Zusammensetzung |
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EDX, WDX |
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³ 100 nm |
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qualitative und quantitative Zusammensetzung für Z ³ 4 (WDX) bzw. Z ³ 11 (EDX); Energieauflösung: WDX: 4-20 eV, EDX: 110-150 eV |
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