Analyseverfahren mit dem Rasterelektronenmikroskop

ESMA - Elektronenstrahl-Mikroanalyse
Die unterschiedlichen Verfahren sind EDX und WDX.
Wird eine zu untersuchende Probe mit energiereichen Primärelektronen bestrahlt, emittieren die in der Probe enthaltenen Elemente eine charakteristische Röntgenstrahlung. Die Röntgenstrahlung entsteht, wenn ein Elektron des Elektronenstrahls in einem Atom der Probe ein kernnahes Elektron aus seiner Position schlägt. Diese Lücke wird sofort von einem energiereicheren Elektron aus einem höheren Orbital aufgefüllt. Die Energiedifferenz wird in Form eines Röntgenquants frei. Die dadurch entstandene Röntgenstrahlung ist charak- teristisch für den Elektronenübergang des jeweiligen Elements.
 

EDS - Energiedispersive Röntgenspektroskopie
EDX - Energy Dispersive X-Ray Analysis

Bei der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie, kurz EDS wird die Ionisationsfähigkeit der Röntgenstrahlung ausgenutzt. In einem Kristall (meist Silizium) wird für jedes einzeln registrierte Röntgenquant eine Anzahl von Ionisationen erzeugt. Die jeweils proportional zur Energie des Röntgenquants entstandene Ladungsmenge wird elektronisch ausgemessen und in einem Vielkanalanalysator als Spektrum dargestellt. Das gesamte Röntgenspektrum der analysierten Probenstelle wird gemessen und erlaubt die simultane Analyse aller Elemente.

WDS - Wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie
WDX - Wavelength Dispersive X-Ray Analysis

Bei der Wellenlängendispersiven Röntgenspektroskopie, kurz WDS, wird die Röntgenstrahlung durch Beugung an natürlichen oder synthetischen Kristallen in die spektralen Bestandteile zerlegt (Welleneigenschaft der Röntgenstrahlung). Dabei wird das Spektrometer immer auf eine Wellenlänge eingestellt und somit die charakteristische Röntgenstrahlung eines Elementes sequenziell analysiert.
 


 
EBIC - Elektronenstrahl-induzierter Strom
EBIC - Electron Beam Induced Current

Electron Beam Induced Current ist ein Verfahren zur Sichtbarmachung von elektronischen Defekten in Halbleitern. Der Elektronenstrahl fungiert quasi als Messspitze für eine berührungslose Messung. "Beleuchtet" man eine Probenstelle mit dem Elektronenstrahl, erhält man aus funktionsfähigen Bereichen der Probe viel Strom, aus defekten wenig. Durch relativ geringe elektrische Potenziale wird der SE-Austritt an der Probenoberfläche, z.B. Schalt- oder Signalzustände an Leiterbahnen, verändert. Die Abbildung erhält einen potenzialabhängigen Kontrast, der eine Fehlerortung zulässt.
 


 
EBSD - Kristallgitterbeugung
rückgestreuter Elektronen (Elektronenbeugung)
EBSD - Electron Back Scattered Diffraction

Durch die Aufnahme des Rückstreuelektronen-Beugungsmusters im REM, auch Electron Back Scatter Diffraction (EBSD) genannt, kann die Mikrotextur kristalliner metallischer Materialien bestimmt werden.
Grundsätzlich rastert dabei der Elektronenstrahl des im Spot-Modus arbeitenden REM den gewünschten Bereich mit einer bestimmten Schrittweite ab. Hierbei wird die Probe typischerweise um 70° gegenüber dem eintretenden Primärelektronenstrahl gekippt. Für jeden Punkt wird dem Beugungsbild, welches bei der Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der Probe entsteht, eine entsprechende Orientierung zugewiesen. Mit der EBSD-Methode werden hauptsächlich rekristallisierte Metalle im REM untersucht.
 


 
SE - Sekundärelektronen
SE - Secondary Electrons
Die durch die Primärelektronen aus der Atomhülle herausgeschlagenen Elektronen werden Sekundärelektronen genannt. Aufgrund der geringen kinetischen Energie (<50 eV) können nur oberflächennahe SE-Elektronen aus der Probenoberfläche austreten. Die Informationstiefe der SE-Bilder ist daher sehr gering (1 - 10 nm). Bei Flächen, die zum Strahl hin geneigt sind, sowie wie an Kanten und Lamellen, treten mehr Sekundärelektronen aus. Kanten und Lamellen erscheinen dadurch heller, massive Objekte dagegen dunkler. Das SE-Bild ist also stark von der Topografie der Oberfläche abhängig (Topografiekontrast). Zur Detektion der Sekundärelektronen im Niedervakuum wird ein spezieller Detektor benötigt.
 


 
RE - Rückstreuelektronen
BSE - Backscattered Electrons

Die von der Probe zurückgestreuten Primärelektronen (Backscattered Electrons BSE) werden zur Abbildung genutzt. Sie haben eine typische Energie von einigen keV. Die Intensität des Signals ist in erster Linie von der mittleren Ordnungszahl des Materials abhängig. Schwere Elemente sorgen für eine starke Rückstreuung, so dass entsprechende Bereiche hell erscheinen. Bereiche mit leichteren Elementen erscheinen hingegen dunkler. Das RE-Bild wird daher auch als Materialkontrastbild bezeichnet und ermöglicht Rückschlüsse auf die chemische Natur des Objektmaterials bzw. die Verteilung verschiedener Materialien in der Probe.
 


 
TE - Transmittierte Elektronen
TE - Transmitted Electrons

Bei sehr dünnen Proben (< 100nm) kann eine Durchstrahlung der Probe erfolgen. Hier wird mit Hilfe von nicht absorbierten Elektronen eine Abbildung der durchstrahlten Schicht erzeugt. Es gibt die Möglichkeit der Abbildung im Hell- oder Dunkelfeld.
 


 
AE - Absorbierte Elektronen (Probenstrom)
AE - Absorbed Electrons (Probe Current)

SE- und RE-Elektronen machen nur einen kleinen Teil der Primärelektronen (PE) aus. Die AE werden von der Probe absorbiert und müssen zur Erdung abfließen, damit keine Aufladungen entstehen. Dieser Strom kann mit einem Probenstromverstärker (Elektrometer) gemessen und zur Abbildung der Oberfläche genutzt werden.
 


 
KL - Kathodolumineszens 
CL - Cathodoluminescence
Materialien, wie z.B. Mineralien, Halbleiter oder mit Fluoreszenzfarbstoffen gefärbte biologische Proben, erzeugen nach Anregung durch Elektronenbeschuss, elektromagnetische Strahlung (Photonen). Diese im Bereich der UV-Strahlung und des sichtbaren Lichts erzeugten Photonen sind durch die unterschiedlichen Lichtwellenlängen für jedes Material charakteristisch und können zur Abbildung genutzt werden.
 
Die Auflistung Analyseverfahren ist auch als Poster, zusammen mit der Erklärung des Aufbaus der Säule eines Rasterelektronenmikroskops, erhältlich.