Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

MethodenM27: Rasterelektronenmikroskopie(REM)M27: Rasterelektronenmikroskopie (REM)Im Rasterelektronenmikroskop (REM, engl.Scanning Electron Microsope, SEM) trifft ein feinfokussierter Elektronenstrahl auf eine Probe, wobeider Durchmesser im Auftreffpunkt etwa 1 nmbeträgt. Die Elektronen dringen dann in die Probeein, werden dort an den Atomen gestreut und erzeugendabei, wie in Abb. 1 schematisch gezeigt,eine Vielzahl von Wechselwirkungsprodukten. Vondiesen sind einige zur Abbildung der Probenoberfläche,andere wiederum zur chemischen Analyseder Oberfläche geeignet.Durch die Wechselwirkung mit der Materiewerden die Elektronen abgebremst und verlierenschließlich ihre Energie. Die Größe des Probenvolumens,in welchem diese Wechselwirkungenstattfinden, hängt sowohl von der Energie der Elektronenals auch der Dichte des Materials ab. Dertypische Energiebereich im REM beträgt 0,2– 30keV (1 keV = Energie, die ein Elektron beim Durchlaufeneiner Potentialdifferenz von 1 kV erhält). Dermittlere Durchmesser des Wechselwirkungsvolumenskann also mehrere µm betragen (s. Text zuAbb. 1), aber bei sehr niedriger Elektronenenergieauch im Bereich von einigen 10 nm liegen. DieInformationstiefe liegt, da die Elektronen die Probeja wieder verlassen müssen, um zum Detektor zugelangen, bei etwa der halben Eindringtiefe derElektronen in die Probe. Man kann also bis zu dieserTiefe in die Probe „hineinsehen“ und Strukturen wieHohlräume oder Einschlüsse, die innerhalb dieserSchicht liegen, auch erkennen.Abbildung 1: Schematische Darstellung der Wechselwirkungvon Elektronen, welche miteiner Energie E 0auf eine Probenoberflächeauftreffen, mit dem Probenmaterial.Die Eindringtiefe der Elektronen indie Probe ist von ihrer Energie (E 0 ) undder Dichte des Materials abhängig. Man„sieht“ in die Probe „hinein“ ! BeispielAl (Dichte: 2,7 g /cm 3 ): Bei E 0 = 25 keVbeträgt die Eindringtiefe ~6,6 µm, bei E 0= 2 keV beträgt diese nur ~0,1 µm.Zur Abbildung der Probenoberfläche mit Auflösungim nm-Bereich werden die Sekundärelektronen(SE) verwendet. Diese haben sehr niedrigeEnergie und entstehen dadurch, dass hochenergetischeElektronen ihrerseits aus den Atomen derProbe „sekundäre“ Elektronen herausschlagen.Wegen ihrer geringen Energie können diese maximalaus einer Tiefe von einigen nm die Probeverlassen. Da aber auch vom Probeninneren an dieOberfläche zurückgestreute Elektronen sekundäreElektronen erzeugen können, erhält man trotzdemauch die Information aus dem Probeninneren.Index Kontakte Institute Lösungen MethodenHandbuch der Nanoanalytik Steiermark 200571