Transcript 09_SEM6_Scanning_Electron_Microscope_
SEM (scanning electron microscope)
R A S T E R E L E K T R O N E N M I K R O S K O P
Sergej Fust
Gliederung Einführung Aufbau und Funktionsweise Signalverarbeitung Zusammenfassung Ausblick
Einführung
ANWENDUNG AUFLÖSUNGSVERMÖGEN GESCHICHTE
Anwendungen Oberflächenstrukturanalyse massiver Proben Materialforschung Biologisch-medizinische Fragestellungen Schadensanalyse Kriminalistik Qualitätskontrolle
Auflösungsvermögen Lichtmikroskop: λ ≈ 0,4 - 0,7 μm d ≈ 0,3 μm praktisch etwa 1 μm für große Auflösung: große Linsendurchmesser, kleiner Abstand zum Objekt SEM: De Broglie Wellenlänge λ=h/p λ ≈ 0,03 nm für 1 kV d < 1 nm, trotz kleinem Aperturdurchmesser und großem Arbeitsabstand (ca. 10 mm)
Auflösungsvermögen
Geschichte 1925 Magnetfeld als Elektronenlinse (Hans Busch)
Elektromagnetische Linse
Wirkungsweise einer el.-magn. Linse
Geschichte 1925 Magnetfeld als Elektronenlinse (Hans Busch) 1931 Erstes Elektronenmikroskop (Ernst Ruska) 1937 Rasterelektronenmikroskop (Manfred von Ardenne) 1965 Erstes kommerzielles Rasterelektronenmikroskop
Das erste Rasterelektronen mikroskop von M. von Ardenne
Aufbau und Funktionsweise
AUFBAU STRAHLERZEUGUNG PROBENPRÄPARATION
Aufbau Modernes Rasterelektronen mikroskop
Aufbau Elektronenquelle Anode Magnetische Linsen (Kondensoren) Ablenkspulen Objektivlinse Probe Detektoren
Strahlerzeugung Kathode: Wolfram oder LaB 6 Glüh-oder Feldemission Fokkusierung durch Wehnelt-Zylinder Anodenspannung: 1-30 keV Cross-over = kleinster Strahldurchmesser (wichtig für zu erreichende Auflösung) Schem. Aufbau einer Elektronenkanone
Probenpräparation Hochvakuumbeständig Wasserfrei Leitend (Beschichtung aus Gold oder Kohlenstoff) Mit Gold bedampfte Spinne für eine SEM Aufnahme
Signalverarbeitung
SIGNALARTEN SIGNALVERARBEITUNG DETEKTOREN
Signalarten Sekundärelektronen Rückgestreute Elektronen Augerelektronen Röntgenstrahlung Absorbierte Elektronen
Signalarten
Signalverarbeitung
SE
Meistgenutzte Informationsquelle Energie: einige wenige eV Aus den obersten Nanometern der Oberfläche Topographie Kontrast durch Flächenneigung und Kantenkontrast
Signalverarbeitung
Kanteneffekt anhand einer mit einem SEM aufgenommene Spinne
Signalverarbeitung
SE
Meistgenutzte Informationsquelle Energie: einige wenige eV Aus den obersten Nanometern der Oberfläche Topographie Kontrast durch Flächenneigung und Kantenkontrast
BSE
Energie: einige keV Intensität von Ordnungszahl des Materials abhängig schwere Elemente = helle Bereiche Rückschlüsse auf chem. Natur bzw. Verteilung der versch. Materialien
Signalverarbeitung BSE BSE SE SE Vergl. zw. Rückstreu- und Sekundärelektronenaufnahmen
Signalverarbeitung SE BSE Aufnahmen von zwei versch. Elementen mit Sekundär- und Rückgestreuten Elektronen (oben: Silizium und Titan, unten: Eisen und Kohlenstoff)
Detektoren
BSE Se
Everhart-Thornley Rauscharm, große Bandbreite Bestandteile: Szintillator, Faraday Käfig, Photomultiplier E-T mit ausgeschaltetem Faraday-Käfig Donut-förmig über der Probe angeordnet Szintillator oder Halbleiter
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Vorteile:
Größere Auflösung als ein Lichtmikroskop Keine Zerstörung der Probe wie beim TEM Sehr gute Schärfentiefe Keine Spiegelnde Oberflächen wie beim Lichtmikroskop
Bild eines Schwimmschneekristalls mit Licht- bzw. Rasterelektronenmikroskopie
Zusammenfassung
Vorteile:
Größere Auflösung als ein Lichtmikroskop Keine Zerstörung der Probe wie beim TEM Sehr gute Schärfentiefe Keine Spiegelnde Oberflächen wie beim Lichtmikroskop
Nachteile:
Kleinere Auflösung als ein TEM Umständliche Vorbehandlung Farbinformation geht verloren Schädigung der Objekte durch den Elektronenstrahl Keine lebende Objekte
Weiterentwicklung
ESEM
Environmental scanning electron microscope (ESEM) Geringeres Vakuum, höherer Druck (130-1300 Pa ) Angepasste Detektoren Gas (Wasserdampf, Stickstoff, Luft) statt Hochvakuum Sekundärelektronen auf dem Weg zum Detektor beschleunigt (Verstärkungskaskade)
ESEM
Vorteile:
Nicht vakuumstabile oder ausgasende Proben Luftfeuchtigkeit einstellbar Bedampfung entfällt
Nachteile:
Kleine Vergrößerungen kaum realisierbar Flüssigkeiten sind undurchsichtig Rastergeschwindigkeit länger
Das erste ESEM Aufnahme eines Käfers mit einem ESEM
Quellen: http://de.wikipedia.org/wiki/Rasterelektronenmikroskop McMullan, D. (2006). Scanning electron microscopy 1928 1965 http://www.uni ulm.de/elektronenmikroskopie/REMHerbst2001.html
Rasterelektronenmikroskopie; L. Reimer, G. Pfefferkorn; Springer Verlag (1977) The scanning electron microscope; Oatley, Charles W