Raster-Tunnel-Mikroskopie - Fakultät für Physik

im Vakuum befinden muß, um Wechselwirkungen der beschleunigten Elektronen mit den
Luftmolekülen auszuschließen.
Das Bild entsteht bei Licht- und Elektronenmikroskop jedoch auf unterschiedliche Weise:
Während die Absorption des Lichtes im abzubildenden Objekt die maßgebliche Größe für den
Bildkontrast darstellt, wird dieser im elektronischen Fall durch Streuung der bilderzeugenden
Elektronen produziert. Würden diese absorbiert, so hätte das die Aufheizung des Objektes zur
Folge, was eine vernünftige Untersuchung der Probe unmöglich machen würde.
Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Elektronenmikroskop-Typen: Zum einen das
Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop, bei dem die zu untersuchenden Proben sehr
dünnschichtig (ca. 100Å) sein müssen, zum andern das Reflexions-Elektronenmikroskop, das
jedoch nur zur Untersuchung von elektrisch leitfähigen Oberflächen geeignet ist, da Isolatoren
sich aufladen würden. Um diese dennoch untersuchen zu können, werden sie mit einer dünnen
leitenden Schicht bedampft.
Zu den Reflexionsmikroskopen gehört auch das Rasterelektronenmikroskop (REM,1935),
bei dem die von der schräg zum abbildenden Strahl positionierten Probe emittierten
Sekundärelektronen 2 von geeigneten Detektoren erfaßt werden. Um ein vollständiges Bild zu
erhalten wird die Probe mit dem Elektronenstrahl zeilenförmig abgerastert. Der Vorteil des
REM liegt in seiner enormen Tiefenschärfe, obwohl sein Auflösungsvermögen (50-200Å)
hinter dem des Durchstrahlungs-Mikroskops zurückbleibt, bei welchem Objektpunkte mit bis
zu 5Å Abstand getrennt abgebildet werden können.
Ein abbildender Elektronenstrahl, der die Probe durchdringt oder an ihr reflektiert wird,
ist jedoch nicht unbedingt nötig - die zur Bildentstehung beitragenden Elektronen bzw. Ionen
können auch von der Probe direkt stammen, und zwar in folgender Weise:
- thermisch (im Mikroskop erstmals 1935 realisiert)
- durch Photoemission (erstmals1933 realisiert)
- durch Feldemission
(Feldelektronenmikroskop 1936; Feldionenmikroskop 1951)
Diese Unterscheidung in der Art der Elektronenauslösung entspricht gleichzeitig den
verschiedenen Emissionsmikroskop-Typen. Der Bildkontrast entsteht bei diesen Geräten durch
das vom Material abhängige unterschiedliche Emissionsvermögen einzelner Probenbereiche
und durch die Geometrie der emittierenden Oberfläche. Betrachtet werden damit jedoch nur
metallische Proben, da nur diese den Präparations- und Untersuchungsbedingungen im
Mikroskop genügen. Im Falle der Feldelektronen- bzw. Feldionenmikroskopie sind atomare
Strukturen des zu einer sehr scharfen Spitze geformten Probenmaterials erkennbar.
Der direkte Vorläufer des Rastertunnelmikroskops ist das 1972 erstmals in Betrieb
genommene Raster-Feldemissions-Mikroskop, bei dem mit einer metallische Spitze im Abstand
von mehreren hundert Ångstroems über eine leitende Probe gerastert wird. Durch das Anlegen
einer hohen Spannung zwischen Spitze und Probe und dem daraus resultierenden starken
2 Sekundärelektronen sind durch den bilderzeugenden Elektronenstrahl aus dem Leitungsband des zu
untersuchenden Objektes ausgelöste Elektronen
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