Grundlagen der Elektronenmikroskopie (Beschreibung der Methode)

Anders als bei der Lichtmikroskopie wird ein Bild bei der Elektronenmikroskopie indirekt erzeugt. Ausgenutzt werden dabei Wechselwirkungen von hochenergetischen Elektronen und dem Material. Der Beschuss eines Materials mit Elektronen kann verschiedene Interaktionen mit dem Material auslösen, welche detektiert oder weiter verarbeitet werden können.

Beispiele dieser Interaktionen sind:

  • Emission von Sekundärelektronen (engl. „secondary electrons“, kurz SE)
  • Auftreten von Rückstreuelektronen (engl. „backscattered electrons“, kurz BSE)
  • Emission von charakteristischer Röntgenstrahlung (engl. „X-Rax diffraction“)
Grundlagen der Elektronenmikroskopie mit wesentlichen Wechselwirkungsprozessen
Grundlagen der Elektronenmikroskopie

Mikroskopie und chemische Analyse mittels REM und REM-EDX

Weite Verbreitung hat die Rasterelektronenmikroskopie (REM) als Analysemethode gefunden. Unter anderem auch deshalb, weil hier Proben sowohl betrachtet, als auch chemisch analysiert werden können. Mikroskopie und chemische Analyse sind parallel möglich. Das bedeutet, dass man während der Mikroskopie Artefakte, Partikel, Einschlüsse, Ausscheidungen und sogar Konzentrationen untersuchen kann. Insbesondere bei der Schadensfalluntersuchung oder Aufarbeitung von Problemfällen ist eine REM- und REM-EDX-Analyse daher von großen Nutzen. Dabei wird das Potential eines leistungsfähigen REM oftmals nicht ausgeschöpft. Daher wird nachfolgend tiefer auf die Methode eingegangen und Eckdaten zur Nutzung erläutert.

Elektronenmikroskopie in Draufsicht

Der Elektronenstrahl trifft möglichst senkrecht auf die Probenoberfläche. Das Materialvolumen unterhalb des einfallenden Elektronenstrahls wird angeregt und steht für eine Analyse zur Verfügung. Die Informationstiefe bei EDX beträgt materialabhängig ca. 1-3 µm und das Ergebnis ist die integrale Elementzusammensetzung des angeregten Volumens. Bei Schichtsystemen, Oxidschichten, Multilayerschichten oder inhomogenen Zusammensetzungen ist eine Interpretation daher schwierig. Durch eine Variation der Beschleunigungsspannung kann eine Variation der Eindring- und Informationstiefe bewirkt werden. Allerdings führt eine geringe Beschleunigungsspannung dazu, dass insbesondere hochenergetische Spektrumbereiche (hochenergetische Linien) nicht auftreten, was die Interpretation der Ergebnisse erschwert. Eine weitere Möglichkeit ist die Verringerung des angeregten Volumens, beispielsweise durch die Erstellung eines Dünnschliffes oder durch Kippen der Probe (Untersuchung mit streifendem Einfall).

REM Untersuchung in Draufsicht: Schema der Mikroskopie
REM Untersuchung einer Probe (Mikroskopie)

Elektronenmikroskopie mit streifendem Einfall

Die Analyse des oberflächennahen Bereiches im streifenden Einfall wird auch als Schrägansicht bezeichnet. Hier wird das angeregte Volumen verringert, was zu einer verbesserten Analyse des oberflächennahen Bereiches führen kann.

REM Untersuchung mit streifendem Einfall: Schema der Mikroskopie
REM Untersuchung mit streifendem Einfall

PDF-Download

Die Methodenbeschreibung und Übersicht zur REM-Untersuchungen mit den verschiedenen Verfahren, sowie der EDX-Analysen stehen auch als PDF-Datei zum Download bereit.

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Grundlagen, Begriffserklärung und Methodenbeschreibung zur Elektronenmikroskopie

Im Bereich der Materialkunde sind Elektronenmikroskope inzwischen nicht mehr weg zu denken. Bei vielen Fragestellungen ist vor allem die Rasterelektronenmikroskopie zum Standard geworden.

Wie man die Elektronenmikroskopie zu verstehen hat und welche Möglichkeiten diese Art der Analytik bietet, haben wir auf den folgenden Seiten näher beschrieben.

Stichwortverzeichnis

Im Bereich der Elektronenmikroskopie existieren einige Schlagworte in deutscher und englischer Sprache. Was sich hinter den jeweiligen Begriffen versteckt, haben wir aufgearbeitet und Ihnen zur Verfügung gestellt.

Wir bauen dieses Register ständig aus. Sollten Sie in der Zwischenzeit Fragen oder Anmerkungen haben, rufen Sie uns an (Telefon +49(0)241/4121-0731) oder schreiben Sie uns (per Mail an info@hdz-gruppe.de)!


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