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RASTERELEKTRONENMIKROSKOP SEM (scanning electron microscope) Sergej Fust.

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Präsentation zum Thema: "RASTERELEKTRONENMIKROSKOP SEM (scanning electron microscope) Sergej Fust."—  Präsentation transkript:

1 RASTERELEKTRONENMIKROSKOP SEM (scanning electron microscope) Sergej Fust

2 Gliederung Einführung Aufbau und Funktionsweise Signalverarbeitung Zusammenfassung Ausblick

3 ANWENDUNG AUFLÖSUNGSVERMÖGEN GESCHICHTE Einführung

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  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 Rasterelektronen mikroskop von M. von Ardenne

12 AUFBAU STRAHLERZEUGUNG PROBENPRÄPARATION Aufbau und Funktionsweise

13 Aufbau Modernes Rasterelektronen- mikroskop

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

15 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

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

17 SIGNALARTEN SIGNALVERARBEITUNG DETEKTOREN Signalverarbeitung

18 Signalarten  Sekundärelektronen  Rückgestreute Elektronen  Augerelektronen  Röntgenstrahlung  Absorbierte Elektronen

19 Signalarten

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

21

22 Kanteneffekt anhand einer mit einem SEM aufgenommene Spinne

23 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 Signalverarbeitung

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

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

26 Se BSE 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 Detektoren

27 Zusammenfassung

28 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. 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 ESEM Weiterentwicklung

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

34 Das erste ESEM Aufnahme eines Käfers mit einem ESEM

35 Quellen: McMullan, D. (2006). Scanning electron microscopy ulm.de/elektronenmikroskopie/REMHerbst2001.html ulm.de/elektronenmikroskopie/REMHerbst2001.html Rasterelektronenmikroskopie; L. Reimer, G. Pfefferkorn; Springer Verlag (1977) The scanning electron microscope; Oatley, Charles W


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