Elektronenrastermikroskopie

Elektronenrastermikroskopie, allgemein bekannt als Rasterelektronenmikroskopie (REM), ist eine Bildgebungs- und Analytikmethode zur Untersuchung von Oberflächen durch Abtasten mit einem fokussierten Elektronenstrahl. Die Wechselwirkung der Elektronen mit der Probe erzeugt Signale wie Sekundärelektronen (SE), Rückstreuelektronen (BSE) und Röntgenstrahlen, aus denen topografische Strukturen sowie chemische Informationen abgeleitet werden.

Aufbau und Prinzip: In einer Vakuumkammer wird der Elektronenstrahl aus einer Quelle (Wolfram, Feldemission) durch elektromagnetische Linsen zu einem feinen Strahl fokussiert und über die Probe gelenkt. Die Probenoberfläche wird zeilenweise abgetastet. SE liefern feine Oberflächenmerkmale, BSE liefern Materialkontrast und Orientierungsinformationen; mit EDX/EDS kann die Elementzusammensetzung bestimmt werden.

Betrieb und Auflösung: REM bietet hohe Tiefenschärfe und Bildschärfe im Nanometerbereich. Die Auflösung hängt von der Beschleunigungsspannung, dem Probenmaterial und dem Detektor ab; moderne FE-SEM erreichen Subnanometerauflösung unter geeigneten Bedingungen. Typische Beschleunigungen liegen zwischen 1 und 30 kV.

Probenvorbereitung: Proben sollten elektrisch leitfähig oder beschichtet sein, um Ladung zu vermeiden; empfindliche Proben können im Umwelt-REM (ESEM) im feuchten oder druckarmen Gasumfeld untersucht werden. Übliche Beschichtungen sind Gold, Platin oder Kohlenstoff.

Anwendungen: REM wird in der Materialwissenschaft, Halbleitertechnik, Geologie, Biologie und Kunstarchäologie eingesetzt, um Oberflächenstrukturen, Defekte, Korrosion, Partikelgrößen und Zusammensetzung zu analysieren.

Geschichte: Die Rasterelektronenmikroskopie entstand in den 1930er Jahren; bedeutende Beiträge stammen von Manfred von Ardenne und weiteren Forschern. Seit den 1950er Jahren ist REM kommerziell verfügbar und weiterentwickelt worden.