Primärelektronen

Primärelektronen bezeichnen in der Elektronenmikroskopie und verwandten spektroskopischen Verfahren die unmittelbar auf eine Probe gerichtetem Elektronenstrahl. Sie stammen aus der Elektronenquelle eines Mikroskops oder Spektrometers und tragen typischerweise Energien im keV-Bereich: SEM-Primärelektronen üblicherweise etwa 1–30 keV, TEM-Primärelektronen oft 60–300 keV. Beim Eindringen in das Material treten sie eine Reihe von Wechselwirkungen mit Atomen und Elektronenhüllen aus.

Durch elastische Streuung bleiben Primärelektronen häufig relativ geradlinig, während inelastische Streuung zu Anregungen, Ionisationen und Energieverlusten führt. Aus der Inelastik gehen Sekundärelektronen (SE) hervor, welche mit geringer Energie aus der Probe austreten, und Rückstreuelektronen (BSE), die höherenergierte Elektronen sind, die elastisch oder quasi-elastisch zurückgestreut werden. Zusätzlich können Kernniva­laungen ionisiert werden, was zu charakteristischen Röntgenstrahlen oder Auger-Elektronen führt.

Primärelektronen liefern je nach Aufbau und Messgröße unterschiedliche Informationen: In SEM erzeugen SE und BSE Bildkontraste, während in TEM durchdringende Primärelektronen Strukturen auf Nanoebene sichtbar machen. In spektroskopischen Verfahren wie Elektronenenergieverlust­spektroskopie (EELS) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX/EDS) werden die Energieverluste oder erzeugten Röntgenlinien genutzt, um chemische Zusammensetzung, Elektronenkonfigurationen und Materialdicke abzuleiten.

Der Einsatz von Primärelektronen kann Proben schädigen, insbesondere empfindliche Materialien. Strahldichte, Bebrennungsgefahr und Heating sind relevante Faktoren, die bei der Messung berücksichtigt werden. Die Produktion und Kontrolle der Primärelektronen erfolgen unter Vakuumbedingungen mit spezifizierten Elektronenquellen und Strahlparametern.