Elektronenmikroskop

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Ein Elektronenmikroskop ist ein Mikroskop, welches das Innere oder die Oberfläche einer Probe mit Elektronen abbilden kann.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Die erste auf magnetischen Kräften beruhende Linse wurde 1926 von Hans Busch entwickelt. Er war der Begründer der Elektronenoptik und legte damit die theoretischen Grundlagen für das Elektronenmikroskop. Aufgrund seiner Arbeiten wurde es möglich, die Bewegung von Elektronen in Magnetfeldern, die fokussierende Funktion von Spulen auf sich bewegende Elektronen und ihre abbildende Funktion zu berechnen. Diese Ergebnisse bildeten die theoretische Basis für die Entwicklung des Elektronenmikroskops.

Wirkungsweise

Säule des Elektronenmikroskops
Elektronenbahn
Kathode
Elektronenmikroskop

Ein Transmissions-Elektronenmikroskop ist im Prinzip aufgebaut wie ein umgekehrt stehendes Lichtmikroskop; alle Vorgänge finden im Hochvakuum (10-5 bis 10-8 mbar) statt, die Ablenkeinrichtungen und Vergrößerungslinsen funktionieren elektromagnetisch.
Im oberen Teil der Vakuumsäule befindet sich die Beleuchtungseinheit, die Elektronenkanone. Sie besteht im einfachsten Fall aus einem haarnadelförmig ausgezogenen Wolframdraht, der stromdurchflossen durch Glühemission Elektronen in seine Umgebung emittiert. Diese werden im Wehnelt-Zylinder (Kathode) fokussiert und durch die zwischen dem Wehnelt-Zylinder und der Anode anliegende Beschleunigungsspannung von 80kV beschleunigt.
Der Elektronenstrahl wird, bevor er die Probe durchstrahlt, im Kondensor gleichgerichtet, damit die Probe mit gleichmäßiger Elekronendichte geradlinig durchstrahlt werden kann.
Beim Durchtritt des Elektronenstrahls durch die Probe können die Elektronen (sog. Primärelektronen) elastisch (Entstehung eines kontrastreichen Bildes), inelastisch (Entstehung von Bildfehlern) oder gar nicht gestreut werden. Bei der elastischen Streuung werden die Elektronen des Strahls von der positiven Kernladung der Probenatome angezogen, sie erfahren proportional zur Kernladung eine relativ große Winkelablenkung beim Verlassen der Probe. Bei der inelastischen Streuung stoßen die Elektronen des Strahls mit Hüllelektronen der Probenatome zusammen; sie erfahren eine relativ kleine Winkelablenkung und erleiden durch Impulsübertragung einen elementspezifischen Energie- und damit auch Geschwindigkeitsverlust. Durch die Wechselwirkungen erwärmt sich die dünne Probe (max. 100nm Dicke) und wird kontaminiert. Daher werden der Probenraum und damit die Probe mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Die unterhalb der Probe befindliche Lochblende blendet die elastisch gestreuten Elektronen des Strahls aus; sowohl die inelastisch gestreuten als auch die ungestreuten Elektronen passieren diese Blende.
In dem nachfolgenden Objektiv findet die Hauptvergrößerung des Probenbildes statt; das Objektiv erzeugt ein reelles Abbild der Probe (Beugungsbild). In dem Transmissions-Elektronenmikroskop werden die Elektronen anschließend durch einen elektromagnetischen Energie-Filter (W-Filter) geleitet; die inelastisch gestreuten Elektronen können wegen ihres beim Durchtritt durch die Probe erlittenen Energieverlustes nicht die gleiche kreisförmige Flugbahn wie die ungestreuten Elektronen (0eV-energy-loss-Flugbahn) beschreiben, sie werden beim Austritt aus dem Filter auf eine Spaltblende gelenkt und aus dem weiteren Strahlengang ausgeblendet.
Mit dem darunter liegendem Projektiv wird nun das vom Objektiv erzeugte Beugungsbild, das jetzt nur noch aus ungestreuten (zero-loss) Elektronen besteht, nochmals vergrößert und auf einen fluoreszierenden Leucht- bzw. Beobachtungsschirm projiziert. Zur Dokumentation befindet sich unterhalb des Leuchtschirms eine Planfilm- und CCD-Kamera. [1]

Siehe auch

Literatur

  • Stanley L. Flegler, John W. Heckman, Karen L. Klomparens: Elektronenmikroskopie. Grundlagen, Methoden, Anwendungen. Spektrum Akademischer Verlag (1995), ISBN 3860253417
  • Ludwig Reimer, Gerhard Pfefferkorn: Raster - Elektronenmikroskopie. Springer, Berlin; Auflage: 2., überarb. u. erw. A. (1977), ISBN 3540081542

Verweise

Fußnoten

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