SEM (scanning electron microscope)

Präsentation zum Thema: "SEM (scanning electron microscope)"—  Präsentation transkript:

1 SEM (scanning electron microscope)
Rasterelektronenmikroskop Sergej Fust

2 Gliederung Einführung Aufbau und Funktionsweise Signalverarbeitung
Zusammenfassung Ausblick

3 Einführung Anwendung Auflösungsvermögen Geschichte

4 Anwendungen Oberflächenstrukturanalyse massiver Proben
Materialforschung Biologisch-medizinische Fragestellungen Schadensanalyse Kriminalistik Qualitätskontrolle

5 Auflösungsvermögen Lichtmikroskop: λ ≈ 0,4 - 0,7 μm d ≈ 0,3 μm
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)

6 Auflösungsvermögen

7 Geschichte 1925 Magnetfeld als Elektronenlinse (Hans Busch)

8 Elektromagnetische Linse

9 Wirkungsweise einer el.-magn. Linse

10 Geschichte 1925 Magnetfeld als Elektronenlinse (Hans Busch)
1931 Erstes Elektronenmikroskop (Ernst Ruska) 1937 Rasterelektronenmikroskop (Manfred von Ardenne) 1965 Erstes kommerzielles Rasterelektronenmikroskop

11 Das erste Rasterelektronenmikroskop von M. von Ardenne

12 Aufbau und Funktionsweise
Strahlerzeugung Probenpräparation

13 Aufbau Modernes Rasterelektronen- mikroskop

14 Aufbau Elektronenquelle Anode Magnetische Linsen (Kondensoren)
Ablenkspulen Objektivlinse Probe Detektoren

15 Strahlerzeugung Kathode: Wolfram oder LaB6 Glüh-oder Feldemission
Fokkusierung durch Wehnelt-Zylinder Anodenspannung: 1-30 keV Cross-over = kleinster Strahldurchmesser (wichtig für zu erreichende Auflösung) Schem. Aufbau einer Elektronenkanone

16 Probenpräparation Hochvakuumbeständig Wasserfrei
Leitend (Beschichtung aus Gold oder Kohlenstoff) Mit Gold bedampfte Spinne für eine SEM Aufnahme

17 Signalverarbeitung Signalarten Signalverarbeitung Detektoren

18 Signalarten Sekundärelektronen Rückgestreute Elektronen
Augerelektronen Röntgenstrahlung Absorbierte Elektronen

19 Signalarten

20 Signalverarbeitung Meistgenutzte Informationsquelle
SE Meistgenutzte Informationsquelle Energie: einige wenige eV Aus den obersten Nanometern der Oberfläche Topographie Kontrast durch Flächenneigung und Kantenkontrast

21 Signalverarbeitung

22 Kanteneffekt anhand einer mit einem SEM aufgenommene Spinne

23 Signalverarbeitung Energie: einige keV
SE BSE Meistgenutzte Informationsquelle Energie: einige wenige eV Aus den obersten Nanometern der Oberfläche Topographie Kontrast durch Flächenneigung und Kantenkontrast Energie: einige keV Intensität von Ordnungszahl des Materials abhängig schwere Elemente = helle Bereiche Rückschlüsse auf chem. Natur bzw. Verteilung der versch. Materialien

24 Signalverarbeitung BSE BSE SE SE
Vergl. zw. Rückstreu- und Sekundärelektronenaufnahmen

25 Signalverarbeitung Aufnahmen von zwei versch. Elementen mit Sekundär- und Rückgestreuten Elektronen (oben: Silizium und Titan, unten: Eisen und Kohlenstoff) SE BSE

26 Detektoren E-T mit ausgeschaltetem Faraday-Käfig Everhart-Thornley
Se BSE E-T mit ausgeschaltetem Faraday-Käfig Donut-förmig über der Probe angeordnet Szintillator oder Halbleiter Everhart-Thornley Rauscharm, große Bandbreite Bestandteile: Szintillator, Faraday-Käfig, Photomultiplier

27 Zusammenfassung

28 Zusammenfassung Vorteile: Größere Auflösung als ein Lichtmikroskop
Keine Zerstörung der Probe wie beim TEM Sehr gute Schärfentiefe Keine Spiegelnde Oberflächen wie beim Lichtmikroskop

29 Bild eines Schwimmschneekristalls mit Licht- bzw
Bild eines Schwimmschneekristalls mit Licht- bzw. Rasterelektronenmikroskopie

30 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

31 Weiterentwicklung ESEM

32 Environmental scanning electron microscope (ESEM)
Geringeres Vakuum, höherer Druck ( Pa ) Angepasste Detektoren Gas (Wasserdampf, Stickstoff, Luft) statt Hochvakuum Sekundärelektronen auf dem Weg zum Detektor beschleunigt (Verstärkungskaskade)

33 ESEM Nachteile: Vorteile: Kleine Vergrößerungen kaum realisierbar
Flüssigkeiten sind undurchsichtig Rastergeschwindigkeit länger Vorteile: Nicht vakuumstabile oder ausgasende Proben Luftfeuchtigkeit einstellbar Bedampfung entfällt

34 Das erste ESEM Aufnahme eines Käfers mit einem ESEM

35 Quellen: http://de.wikipedia.org/wiki/Rasterelektronenmikroskop
McMullan, D. (2006). Scanning electron microscopy Rasterelektronenmikroskopie; L. Reimer, G. Pfefferkorn; Springer Verlag (1977) The scanning electron microscope; Oatley, Charles W