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ESEMDie Abkürzung ESEM steht für "Environmental Scanning Electron Microscope" und stellt eine spezielle Variante des Rasterelektronenmikroskops dar. Der wesentliche Unterschied zu einem konventionellen Rasterelektronenmikroskop (REM, bzw. engl. SEM) ist das schlechtere Vakuum (höherer Druck) in der Probenkammer und der speziell angepasste Detektor. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
HistorieDie Entwicklung des ESEM-Prinzips geht auf Robinson und den Australier G. D. Dantilos (ca. 1988-90) zurück und wurde 1989 von der Fa. ElectroScan Corporation in den USA in ein kommerzielles Rasterelektronenmikroskop übernommen. Später wurden die Patente mit der Firmenübernahme von ElectroScan an die Fa. Philips (heute FEI) übertragen, welche dieses Prinzip als zusätzliche Option in ihren konventionellen Rasterelektronenmikroskopen anbietet. Andere Hersteller haben ebenfalls Geräte mit der Option eines schlechteren Vakuums im Programm, benennen diese jedoch aufgrund des Patentschutzes meist mit VPSEM (engl. variable pressure scanning electron microscope), d.h. einem REM mit der Möglichkeit den Druck in der Probenkammer zu variieren. Der Druckbereich und der von diesen Firmen verwendete Detektor unterscheiden sich aufgrund des Patentes aber von der folgenden Beschreibung. FunktionsprinzipGenau wie bei einem konventionellen Rasterelektronenmikroskop wird die Probe von einem fokussierten Elektronenstrahl abgerastert und das bei der Wechselwirkung mit der Probe entstehende Signal zur Bilderzeugung verwendet. Allerdings befindet sich die Probenkammer hierbei nicht unter Hochvakuum, sondern um die Probe herum befindet sich ein Gas mit einem Gasdruck von typischerweise 1 bis 10 Torr (130-1300 Pa). Als Gase eignen sich unter anderem Wasserdampf, Stickstoff oder Luft. Trifft der Elektronenstrahl auf die Probe, so gibt es in der Probenoberfläche verschiedene Wechselwirkungen. Wichtig für die Abbildung im ESEM-Betrieb ist die Entstehung von niederenergetischen Sekundärelektronen (0-50 eV), welche die Probenoberfläche als relativ langsame Elektronen wieder verlassen. Zur Signalverstärkung im ESEM wird das Gas in der Probenkammer selbst genutzt. Durch eine angelegte Spannung von einigen hundert Volt zwischen Probe und Detektor werden die Sekundärelektronen zum Detektor hin beschleunigt. Auf dem Weg zu Detektor kommt es zu Stößen zwischen den Elektronen und den Gasatomen. Die Atome werden hierbei ionisiert und es entstehen neue Elektronen (Verstärkungskaskade). Das aus diesem Signal entstehende Bild entspricht hauptsächlich einem Topographiekontrast. Die ionisierten Gasatome werden aufgrund ihrer positiven Ladung entgegengesetzt in Richtung Probe beschleunigt und sorgen dort für eine Neutralisierung von Aufladungen, welche bei Proben mit nichtleitenden Oberflächen entstehen könnten. Der ‚Detektor‘ ist weder licht- noch temperaturempfindlich. Die Druckdifferenz zwischen dem Hochvakuumbereich mit Kathode (Elektronenstrahlerzeugung) und der Probenkammer mit schlechtem Vakuum wird durch eine Reihe von feinen Blenden im Strahlengang und durch ein differenzielles Pumpsystem realisiert. Vor- und Nachteile gegenüber konventionellem REMVorteileAls Vorteile der Technik gegenüber der konventionellen Rasterelektronenmikroskopie seien unter anderem zu nennen:
NachteileDagegen sind aber auch einige Nachteile gegenüber dem Arbeiten im Hochvakuum zu sehen:
LiteraturDanilatos GD: Foundations of environmental scanning electron microscopy, Advances in Electronics and Electron Physics., Academic Press, Inc. 109–250 (1988) Danilatos GD: Theory of the gaseous detector device in the ESEM, Advances in Electronics and Electron Physics 78, 1–102 (1990) Siehe auch |
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel ESEM aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |