Transmissionsmodus im REM (TSEM, STEM-in-SEM)
In einem Rasterelektronenmikroskop werden die von der Elektronenquelle emittierten Elektronen mit maximal 30 kV beschleunigt, zu einem Strahl mit einer Breite von wenigen Nanometern fokussiert und mittels Scanspulen über die Probenoberfläche gerastert. Im TSEM genannten Transmissionsmodus werden anstelle der Sekundärelektronen die transmittierten Elektronen (TE) zur Bilderzeugung genutzt, die durch einen unter der Probe montierten Transmissionsdetektor registriert werden. Durch elastische und inelastische Streuung, und evtl. auch aufgrund von Beugung, kommt es beim Durchgang durch die Probe zu Änderungen der Energie- und Winkelverteilung der Elektronen. Die Energieverluste bei den typischerweise vorliegenden Proben sind eher gering, so dass vor allem die Winkelverteilung zur Kontrastentstehung genutzt wird, indem nur ausgewählte Winkelbereiche detektiert werden. Es werden in der Regel drei Bereiche unterschieden.
Der Hellfeld-Detektor (BF, bright field ) registriert den zentralen Elektronenstrahl sowie Elektronen mit geringen Ablenkwinkeln. Bei dünnen Proben ist die Signalstärke daher hoch, an dickeren Stellen ergibt sich eine Reduktion des Signals. Im Dunkelfeld-Modus (DF, dark field ) wird der zentrale Strahl geblockt und Elektronen mit Streuwinkeln im mittleren Bereich werden detektiert. Auf diese Weise tragen nur vergleichsweise wenige, gestreute Elektronen zum Signal bei, was zu gutem Kontrast bei allerdings niedriger Signalstärke führt. Der Winkelbereich des Weitwinkel-Dunkelfeld-Detektors (HAADF, high-angle annular dark field ) deckt Streuwinkel ab, die so groß sind, dass die Beugung der Elektronen am Kristallgitter, die üblicherweise auf kleine Winkel beschränkt ist, für die Bildentstehung keine Rolle spielt.
TSEM schließt die Lücke zwischen SEM und TEM. Es verbindet die Vorteile von SEM wie Variabilität und hohen Probendurchsatz mit verlässlichen Simulationen, guten Kontrasten und einem Auflösungsvermögen, das fast an das von TEMs heranreicht und in speziellen Geräten unter einem halben Nanometer betragen kann.
Ansprechpartner: Tobias Klein
Vorteile des Transmissionsmodes
Buchkapitel "TSEM: A Review of Scanning Electron Microscopy in Transmission Mode and Its Applications"