Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop 2017-07-21T08:12:48+00:00

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop

Über die Rasterelektronenmikroskopie

Generell bietet die Rasterelektronenmikroskopie die Möglichkeit, Proben bei sehr hohen Vergrößerungen zu untersuchen, wie sie mit Lichtmikroskopen nicht erreicht werden können. Dazu werden Proben im Vakuum mit einem fein gebündelten Elektronenstrahl zeilenweise gerastert (=„abgetastet“). Durch Wechselwirkungen mit der Materie entstehen mehrere Signale, die in sog. Grauwertinformationen umgewandelt und an einem Bildschirm dargestellt werden.

Durch das Rastern erhalten wir folgende Signale:

1. Sekundärelektronen (SE)
Diese stammen aus den obersten Nanometern der Oberfläche und bilden die Topographie der betrachteten Probe ab. Sie liefern Informationen zur Struktur der Oberfläche.

2. Rückstreuelektronen (back scattered electrons = BSE)
Diese Elektronen werden von der Probe „zurückgestreut“. Durch die Intensität dieser Rückstreuung  können Rückschlüsse auf die Verteilung der in der Probe enthaltenen Materialien/Elemente gezogen werden. Sie geben also Informationen zur Zusammensetzung der Oberfläche.

3. Röntgenstrahlen (energy dispersive x-ray spectroscopy = EDX)
Diese dienen der Materialanalytik und liefern Informationen zur Elementzusammensetzung der Oberfläche.

Über das Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-REM)

Bis zu 500.000-fache Vergrößerung und Höchstauflösung mit bis zu 1 nm Auflösungsgrenze
Das FE-REM bietet die Möglichkeit, Untersuchungen mit einer bis zu 500.000-fachen Vergrößerung der Probe durchzuführen. So können kleinste Strukturen und Nanopartikel betrachtet werden. Das Mikroskop liefert ultrahochauflösende Bilder mit einer Auflösungsgrenze bis zu 1 nm (= Nanometer, 1 nm = 0,000001 mm). Das bedeutet, dass zwei Bildpunkte mit einem Abstand von 1 nm noch unterschieden werden können.

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-REM)

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-REM)

3D-Bilder

Zusätzlich zur zweidimensionalen Abbildung ist die bildliche Darstellung im dreidimensionalen Format möglich. Die zu begutachtenden Proben können in Echtzeit im 3D-Format untersucht werden. Dadurch eröffnen sich neue Sichtweisen auf die Struktur der betrachteten Oberflächen.

Um die Bilder in 3D zu sehen, benötigen Sie eine 3D-Brille. Sie haben keine und möchten den eindrucksvollen 3D-Effekt erleben? Dann fordern Sie hier ein kostenfreies Exemplar an.

Schottky Feld Emitter

Der Emitter sendet die Elektronen in einem Strahl in Richtung der Probe, die untersucht werden soll. Das Besondere am Schottky Feld Emitter ist die präzisere Definition des Strahls schon bei der Aussendung. Der Elektronenstrahl kann besser fokussiert werden, besonders bei niedrigen Beschleunigungsspannungen. (Beschleunigungsspannung: Elektrisches Feld, das benötigt wird, um die Elektronen zu bewegen/zu „beschleunigen“.) Niedrige Beschleunigungsspannungen sind für die Untersuchung von empfindlichen Proben nötig.

In-Beam SE- und BSE-Detektoren

Mithilfe der Detektoren werden die beim Abrastern entstehenden Signale „aufgefangen“ und angezeigt. Es handelt sich um „In-Beam Detektoren“, da sie innerhalb des Mikroskops – in der Säule – verbaut sind. Herkömmliche Detektoren werden von außen an das Mikroskop-System angeschlossen. Auf dem Weg, den die Signale bis zum Detektor zurücklegen müssen, werden sie oftmals gestört und liefern geringere Ergebnisse. Mit den innerhalb des Mikroskops verbauten Detektoren ist eine höhere Signalausbeute möglich, wodurch hochaufgelöste Bilder möglich sind. Auf SE-Aufnahmen ist der Kontrast in der Topographie zu sehen; BSE-Aufnahmen zeigen den Materialkontrast. Mit dem FE-REM können beide Aufnahmen zeitgleich abgebildet werden, z. B. mit unterschiedlicher farblicher Darstellung, so dass die Überlagerung verschiedener Informationen möglich ist.

RGB-Detektoren

EDX-Elementanalyse

EDX = energy dispersive x-ray spectroscopy = Energiedispersive Röntgenspektroskopie
Mithilfe der EDX-Elementanalyse werden Informationen über die Schichtzusammensetzung gewonnen. Die Art und die jeweilige Menge der chemischen Elemente einer Oberfläche können bestimmt werden. Ebenso kann angezeigt werden, wie sich die Elemente auf der Oberfläche verteilen. Diese Analyse wird durch die Freisetzung von Röntgenstrahlung möglich. Der Elektronenstrahl des Mikroskops trifft auf die Probe und schlägt dabei Elektronen aus den tieferen Atomschalen der Materie heraus. Um die entstehende Lücke auf der tieferen Atomschale zu füllen, rücken Elektronen aus höheren Schichten nach. Durch dieses „Herunterspringen“ auf eine tiefere Schale werden Röntgenstrahlen freigesetzt. Diese Strahlen sind für jedes Element einzigartig und charakteristisch, wodurch die Definition möglich wird. Die EDX-Elementanalyse ist hilfreich bei der Aufklärung von Schichtzusammensetzungen und für die Überwachung von Schichtoptimierungen.

EDX-Analyse

Beam Deceleration Technology

BDT, oder BDM: Beam Deceleration Mode
Beam Deceleration Technology bedeutet übersetzt „Elektronenstrahl-Abbrems-Technologie“. Um die zu untersuchende Probe wird ein elektrostatisches Gegenfeld angelegt, welches dafür sorgt, dass
1. der Elektronenstrahl abgebremst wird, kurz bevor er auf die Probe trifft und
2. die Auftreffenergie abgesenkt wird, mit der der Elektronenstrahl auftrifft.
Da die Beam Deceleration Technology dafür sorgt, dass diese Vorgänge erst kurz vor Auftreffen auf die Probe stattfinden, kann der Elektronenstrahl mit einer hohen Spannung ausgesendet werden. Die höhere Präzision des Strahls bleibt so länger erhalten, weil die Beschleunigungsspannung erst kurz vor Auftreffen auf die Probe gesenkt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass weniger Aufladungseffekte als „Nebenwirkungen“ entstehen, da die Auftreffenergie gesenkt wird. Außerdem werden empfindliche Proben nicht zwingend zerstört. Darüber hinaus können nicht leitfähige Proben (z. B. Kunststoffoberflächen) ohne aufwendige Vorbereitungen untersucht werden.