Rasterelektronenmikroskopen

Ein Rasterelektronenmikroskop (REM) ist ein Mikroskop, das eine fokussierte Elektronenstrahlung verwendet, um die Oberflächen von Proben abzutasten und daraus Bilder zu erzeugen. Die Elektronen wechselwirken mit der Probe, wodurch Signale entstehen, die Informationen über Topografie, Morphologie und chemische Eigenschaften liefern.

Beim REM wird typischerweise eine Elektronenquelle betrieben, meist eine Feldemissionsquelle (FEG) oder ein Wolframfilament. Der Strahl wird durch elektromagnetische Linsen zu einem engen Brennpunkt fokussiert; der Rastermechanismus steuert die Ablenkung des Strahls über die Probe. Die Wechselwirkung mit der Probe erzeugt Signale, die Detektoren erfassen und in ein graustufiges Bild überführen.

Zu den wichtigsten Signalen gehören Sekundärelektronen (SE), die feine Oberflächentexturen abbilden, und Rückstreuelektronen (BSE), die Kontrast durch Unterschiede in der Atomzahl liefern. Zusätzlich kann ein energiedispersives Spektrometer (EDS) oder ein WDS an das System angeschlossen werden, um Elementanalysen durchzuführen.

Die räumliche Auflösung moderner REMs liegt im Nanometerbereich (mit Feldemissionsquellen oft nur wenige Nanometer). Die Tiefenschärfe ist groß, was eine der charakteristischen Eigenschaften gegenüber Lichtmikroskopen ist. Das Instrument arbeitet unter Vakuumbedingungen, um Streuung und Ladung zu minimieren. Nichtleitende Proben müssen oft metallisiert oder anderweitig beschichtet werden, damit Ladungseffekte vermieden werden.

Typische Betriebsparameter liegen im Bereich von wenigen bis mehreren zehn Kilovolt (1–30 kV). Moderne REMs bieten optionale Betriebsarten wie Umwelt-SEM (unter erhöhtem Druck) oder Niedrigvakuum, um empfindliche Proben zu schonen. Proben benötigen oft eine leitfähige Schicht (z. B. Gold, Pt, Kohlenstoff) oder Kryo-/Trocknungsvorbereitungen, um Ladungseffekte zu vermeiden.

REM finden breite Anwendungen in der Materialwissenschaft, Elektronik, Geologie, Halbleitertechnik und Biologie. Zu den Vorteilen zählen eine hohe Tiefenschärfe, eine gute Oberflächenabbildung und verhältnismäßig hohe Vergrößerungen. Einschränkungen sind hohe Kosten, Bedarf an Fachpersonal, Probenvorbereitung sowie mögliche Strahlenschäden oder Ladungsprobleme und das erforderliche Vakuum.