Anode El.-Mag. Linse

Analytisches Rasterelektronenmikroskop

CamScan 44

Elektronenkanone

Anode El.-Mag. Linse

Scanning Spulen

zur

Vakuumpumpe Rückstreu-Elektronen-

Detektor Sekundär-

Elektronen- Detektor

Probe

Elektronen Kanone (W-Kathode)

Wehnelt Zylinder (500 V negativer

als die Kathode,„Bias“) Crossover (20-50 µm)

Anode

20000 V

Heizspannung

Erdung Kathode

Wolframdraht

Wechselwirkungen eines hochenergetischen Elektronenstrahls mit Materie

Probe

Primärstrahl

Sekundär- elektronen

Auger

Elektronen

Rückstreu- elektronen

Kathoden

Luminescenz

Röntgenbrems- spektrum

Charakteristische Röntgenstrahlung

Absorbierter Strom

Signal-Detektor (SE or BE)

Synchronisierte Scanning Spulen

Probe

Bildschirm Verstärker

Strahl

Prinzip der Bilderzeugung

Auger-Elektronen (bis 0,001μm)*

Sekundär-Elektronen (bis 0,01μm)*

Rückstreu- Elektronen (bis 0,1μm)*

Wechselwirkungsvolumen (birnenförmig)

Primärstrahl

*Informationstiefe

Wovon hängt das Wechselwirkungsvolumen ab?

1μm Fe (10 kV)

Fe (20 kV)

Fe (30 kV)

Au (20 kV)

Al (20 kV)

Sekundär-Elektronen

- Inelastisch gestreute PE (Primär-Elektronen) - Energie: < 50 eV

- maximale Emissionstiefe: 5-50 nm

¼ Hochauflösungsbilder

Rückstreu-Elektronen:

- Elastisch und inelastisch gestreute PE

- Energie: 50 eV – Energie der PE (z.B. 20 keV)

- Maximale Emissionstiefe: 0.1 - 6µm (abhängig von der Probe) - Intensität hängt von der Ordnungszahl der Probe ab

(¼ Materialkontrastbilder)

- Großes Wechselwirkungsvolumen

(¼ gering aufgelöste Bilder )

SE-Bild

(hohe Auflösung)

BE-Image

(hoher Z-Kontrast)

Cu Cu

Cu Cu

Cu-Draht eingebettet in Lötzinn

Z

> Z

> Z

BE sind weniger empfindlich bezüglich Aufladung

SE-Bild

BE-Bild

Wechselwirkungen eines hochenergetischen Elektronenstrahls mit Materie

Probe

Primärstrahl

Sekundär- elektronen

Auger

Elektronen

Rückstreu- elektronen

Kathoden

Luminescenz

Röntgenbrems- spektrum

Charakteristische Röntgenstrahlung

Absorbierter Strom

Kathoden Lumineszenz

- UV oder sichtbares Licht

- spezieller Detektor notwendig

PE

Valenzband

Leitungsband

hν

Charakteristisches Röntgen-Spektrum

(ohne Feinstruktur)

K L N

M O

K

K

L

L

L

M

M

Energiebereich der Hauptserien als Funktion der OZ

Energie

K

K

L

L

M

Mosley‘s Gesetz: 1/λ = K (Z-1)

OZ

(K: Konstante, Z = Ordnungszahl)

Energiebereich der Hauptserien als Funktion der OZ

Energie

K

K

L

L

M

Mosley‘s Gesetz: 1/λ = K (Z-1)

OZ

(K: Konstante, Z = Ordnungszahl)

Wave length Dispersive

X-Ray Detector

Energy Dispersive

X-Ray Detector

Röntgenbremsspektrum

- PE werden abgebremst und geben Energie als hν ab - E

der Röntgenstrahlung: e × U

Intensität

Energie /keV

Typisches Röntgen Spektrum (EDX)

Energie /keV Intensität

Spektrum von

Ag

GeS

Cl

Auger-Elektronen (bis 0,001μm)*

Sekundär-Elektronen (bis 0,01μm)*

Rückstreu- Elektronen (bis 0,1μm)*

Röntgenstrahlen (1-5μm)*

Wechselwirkungsvolumen (birnenförmig)

Primärstrahl

*Informationstiefe

Large area mapping (Röntgenbilder)

SE-Image Cu-Kα-

mapping

Zn-Kα- mapping Ni-Kα-

mapping

256x256 pixel

Sekundär-Elektronen-Detektor

Szintillator-Photomultiplier-Detektor (Everhart-Thornley-Detector)

Video- Signal

Photo-

Multiplier Lichtleiter

Scintillator Metalnetz (+ 400V)

Verstärker

SE-Detektor:

SE-D

SE-D

Prinzip eines EDX-Detektors

+ -

X-Ray Si (Li)

P- i- n-leitend

hν + Si → 3,8 eV Si

+ e

e.g. Mn K

: 5894 eV 5894/3.8 = 1550

Elektron-Loch-Paare

Hochspannung - +

Probenpräparation

Spezielle Präparation für nichtleitende Proben:

-Aufbringen einer Metallschicht (sputtering Prozess)

-Aufbringen einer Kohlenstoffschicht (evaporation Prozess)

Goldbeschichtungsgerät

Kohlebeschichtungsgerät

Anwendungen des REM:

I) Hochauflösungsbilder

II) Qualitative und quantitative Analysen

Verzwillingung von Kristallen

PbS

Na

Zn

(SeO

)

3H

O

Morphologie von Kristallen

K

In

Se

SnIn

S

CsIn

S

CuGa

S

Kontrolle kleiner Objekte

Compact disc

Cantilever

of an AFM

Carbo Nanotubes

2 µm 30 µm

2 µm

1 µm