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Elektronen machen Strukturen im Nanobereich sichtbar

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Wir diskutieren noch einmal die Wechselwirkung von Elektronen mit Materie- Elektronen können elastisch - ohne Energieverlust - zurückgestreut werden (BSE); Elektronen können unelastisch zurückgestreut werden - als sog. Sekundärelektronen besitzen sie dann eine geringere Energie als der primäre Elektronenstrahl. Elektronen können den Röntgen- oder Auger-Meitner-Effekt auslösen, welche dann Informationen über die chemische Natur der Oberfläche
liefern. Ein weiterer möglicher Effekt ist die Kathodolumineszenz. Elektronen mit einer Energie von 1000 eV haben eine de Broglie-Wellenlänge von 40 Pikometer und sind damit in der
Lage, viel kleinere Strukturen sichtbar zu machen als sichtbares Licht. Das ist das Prinzip des Elektronenmikroskops: Wir beschießen die Probe mit Elektronen - rastern z.B. die Probe mit einem Elektronenstrahl ab - und analysieren die Rückstreuelektronen
oder die Sekundärelektronen. Wir erhalten damit Informationen über die oberste Schicht der Probe. Wir können außerdem
die entstehende Röntgenstrahlung vermessen (Mikrosonde, Elektronenstrahlmikroanalyse, EPMA) damit haben wir Informationen über die Elementzusammensetzung der Oberfläche. Schematisch sieht ein Rasterelektronenmikroskop (REM) also folgendermaßen aus: Die Elektronen kommen von der Kathode, werden gebündelt und rastern die
Probe ab. Wir analysieren die Sekundärelektronen und wir analysieren die Rückstreuelektronen, um ein Bild der
Morphologie der Oberfläche zu erhalten. Wir analysieren ggf. die Röntgenstrahlung, um eine Aussage über die chemische Zusammensetzung der Oberfläche zu erhalten. Je nachdem, ob wir die Rückstreuelektronen oder die Sekundärelektronen untersuchen, erhalten wir verschiedene Informationen: Die elastisch gestreuten Elektronen stammen aus einem recht großen Volumen der Probe,
das bedeutet, wir haben eine relativ laterale Auflösung; wir haben aber einen sehr guten Materialkontrast, denn die Intensität der Rückstreuelektronen hängt sehr stark von der Ordnungszahl des streuenden Elementes ab. Die Sekundärelektronen hingegen stammen aus einem sehr kleinen Volumen, das bedeutet, Bilder, die mit Sekundärelektronen aufgenommen wurden,
haben eine recht gute Auflösung. Hier sehen wir zum Vergleich ein Rückstreuelektronen-Bild und ein Sekundärelektronen-Bild ein und derselben Probe. Während das Sekundärelektronen-Signal ein sehr kontrastreiches Bild mit hoher Auflösung liefert, zeigt das
Rückstreuelektronen-Bild eine deutlich geringere Auflösung, aber wir haben hier zusätzlich Informationen über Elemente mit hohen Ordnungszahlen, die hier als helle Punkte erscheinen.
Die Aufnahme einer Oberfläche im Rasterelektronenmikroskop erfordert
im Allgemeinen eine Vorbehandlung der Probe. Die Oberfläche der Probe muss
elektrisch leitend sein, damit sie sich nicht durch den Elektronenbeschuss
auflädt. Üblicherweise werden hierzu nicht-leitende Proben mit einer dünnen
Goldschicht bedampft. Wir sehen hier drei Aufnahmen von optischen Datenträgern, die im Rasterelektronenmikroskop entstanden. Die Auflösung dieser Bilder liegt im Nanometerbereich. Derartige Bilder könnte man niemals mit optischer Mikroskopie erhalten -
erkennbar an der Größenordnung von Infrarot- Photonen, roten Photonen und blauen Photonen. Elektronenmikroskopische Aufnahmen können zum Beispiel Morphologie-Unterschiede vor und nach einer Plasmabehandlung deutlich machen wie hier bei diesem PMMA. Elektronenmikroskope können mikroskopische Fehlstellen in Oberflächenschichten nicht nur erkennen (SE-REM) - sie
können diese auch chemisch analysieren (EPMA-EDX): Wir richten den Elektronenstrahl auf die Fehlstelle, analysieren die charakteristische Röntgenstrahlung und können genau sagen, aus welchen Elementen die Fehlstelle besteht. Hier sehen wir das EPMA-EDX-Spektrum einer Linsenbeschichtung (im Transmissions-Modus aufgenommen). Wir sehen im einfachen Transmissions-Modus (ohne EPMA) nur einen
Elektron <Legierung>
Bäckerhefe
Indolylessigsäure <3->
Elektron <Legierung>
Roentgenium
Lumineszenz
Elektron <Legierung>
Elektron <Legierung>
Schaumwein
Gen
Vorlesung/Konferenz
Ordnungszahl
Chemisches Element
Vorbehandlung <Technik>
Röt
Polymethylmethacrylate
Mikrosonde
Roentgenium
Chemisches Element
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Elektronen machen Strukturen im Nanobereich sichtbar
Serientitel Einführung in die Oberflächenanalytik
Teil 11
Anzahl der Teile 12
Autor Lauth, Günter Jakob
Mitwirkende Lauth, Anika (Medientechnik)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/15752
Herausgeber Günter Jakob Lauth (SciFox)
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch
Produktionsjahr 2013
Produktionsort Jülich

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik, Chemie

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