Dissertation_M_Fischer.pdf - OPUS - Universität Augsburg

32 3 Analysemethoden
Abbildung 3.13 Prinzip des konfokalen Messaufbaus am Mikro-Raman Spektrometer nach [Ger97]
3.5 Rasterelektronenmikroskopie (SEM)
Mit der Rasterelektonenmikroskopie (Scanning Electron Microscopy, SEM) lassen sich Oberflächen
untersuchen. Die Vergrößerung (∼ 100000-fach) ist dabei um einige Größenordnungen höher als beim
Lichtmikroskop (∼ 1000-fach). Bei dem in dieser Arbeit verwendeten Mikroskop DSM 982 Gemini
der Firma LEO (Zeiss) zeigt sich das zudem in der Punktauflösung von 1.5 nm [Schu00]. Bei einem
Lichtmikroskop begrenzt die Wellenlänge des sichtbaren Lichts um 500 nm die Auflösung. Bei der
Rasterelektronenmikroskopie wird zur Untersuchung der Probe ein Elektronenstrahl verwendet.
Die Elektronen treten aus einer Schottky-Feldemissionskathode, die aus W/ZrO besteht, aus
[Zei90]. Durch eine angelegte Spannung werden sie auf Energien im keV-Bereich beschleunigt. Mit
Hilfe von magnetischen und elektrostatischen Linsen kann der Elektronenstrahl fokussiert und mittels
Ablenkspulen, die von einem Rastergenerator gesteuerten werden, die Probe abgerastert werden.
An den Atomen der Probe wird nun ein geringer Teil dieser Primärelektronen elastisch bzw.
quasi-elastisch gestreut. Diese Elektronen werden als Rückstreuelektronen bezeichnet. Der deutlich
größere Teil der Primärelektronen generiert über inelastische Prozesse Sekundärelektronen, deren
Energien im Bereich weniger Elektronenvolt liegen. Die Rückstreuelektronen kommen wegen der
energieabhängigen mittleren Reichweite der Elektronen im Festkörper aus der Oberfläche und dem
Volumen [Ber92]. Die Sekundärelektronen, die aus der Probenoberfläche austreten können und deutlich
energieärmer sind, stammen dagegen nur aus Schichten nahe der Oberfläche. Wegen des höheren
Signal-/Rauschverhältnisses und ihrer Oberflächensensitivität verwendet man beim Normalbetrieb
nur das Signal dieser Sekundärelektronen zur Bilderzeugung.
Zum Signal, das bei der Messung erhalten wird, trägt einerseits die Materialzusammensetzung
und andererseits die Topographie der Oberfläche bei. Topographie-Kontraste können durch unterschiedliche
Effekte generiert werden. Sind Bereiche der Probe vom Detektor nicht direkt einsehbar,
spricht man vom Schatteneffekt, da diese dadurch dunkler erscheinen. An Kanten und Spitzen werden
mehr Sekundärelektronen emittiert, was dazu führt, dass diese Bereiche heller sind. Da die
Sekundärelektronenausbeute von der Zusammensetzung eines Materials abhängt, ergibt sich zudem
ein Materialkontrast [Ebe91].