Welche Typen von Elektronenmikroskopen gibt es?

Hauptsächlich sind drei Arten von Elektronenmikroskopen zu unterscheiden:

das Rasterelekrtonenmikroskop (SEM)

Das Bild entsteht durch die Rasterung eines fokussierten Elektronenstrahls über die Probe. Sie muss nicht besonders dünn sein.

das Transmissionsmikroskop (TEM)

Der Strahlengang ist analog zum Lichtmikroskop. Die Probe muss sehr dünn sein.

das Rastertransmissionsmikroskop (STEM)

Der Aufbau entspricht dem eines TEM, enthält zusätzlich aber eine Rastereinrichtung. Die Bildauflösung ist so hoch wie in einem TEM, aber die Bilder werden seriell aufgezeichnet.

SEM

Rasterelektronenmikroskope werden zur Untersuchung massiver Proben verwendet, es ist keine aufwendige Probenpräparation notwendig. Die Beschleunigungsspannung reicht von 1-30 kV. Eine metallische Beschichtung der Probe verhindert Aufladungseffekte, die sonst die Auflösung verschlechtern würden. Durch die verkleinerte Abbildung des Crossover wird eine Elektronensonde (Durchmesser 1-10nm) erzeugt und über die Probe gerastert.

Das Bild entsteht, indem man einen Monitor mit dem detektierten Signal synchronisiert. Man kann entweder die Sekundärelektronen (SE) oder die rückgestreuten Elektronen (BSE) detektieren und erhält Informationen über die Topographie, die Kristallorientierung, das Material oder sogar einen magnetischen oder Spannungskontrast. Außerdem können ausgesandte Röntgenstrahlen oder Augerelektronen durch ein Spektrometer geschickt werden, um die elementare Zusammensetzung der Probe zu bestimmen.

TEM, STEM

Um ein Mikroskop im Transmissionsmodus zu betreiben, sind sehr dünne Proben nötig (5-100 nm bei 100 kV). Die typische Beschleunigungsspannung liegt im Bereich von 100 bis 200 kV. Höhere Spannungen bis zu 300 kV erzeugen natürlich eine bessere Transmission und höhere Auflösung, erfordern aber riesige Konstruktionen.

Der Strahlengang entspricht dem des Lichtmikroskopes (Kondensorbeleuchtung der Probe). Ein TEM kann auch im Rasterbetrieb laufen (STEM). Für diese Anwendung benutzt man eine Elektronensonde (wie im SEM) und rastert sie über die Probe, so dass die Informationen lageabhängig erhalten werden

Indem die Zwischenlinse entweder auf die Bild- oder die Beugungsebene scharfstellt, vergrößert man das Transmissionsbild oder das Beugungsbild.

Das folgende Bild veranschaulicht die Strahlengänge der beiden Haupttypen - wie in dem empfehlenswerten Lehrbuch "Transmission Electron Microscopy" von Ludwig Reimer und Helmut Kohl dargestellt.

Hier erfahren Sie mehr über die Bestandteile des Elektronenmikroskops.