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Aufgabe der Säule in einem Elektronenmikroskop ist es, den Strahl so zu formen, so dass eine Abbildung der Probenoberfläche möglich ist. Zu diesem Zweck wird der Elektronenstrahl durch mehrere elektromagnetischen Linsen, Ablenkspulen und Blenden geführt, die den Strahl formen. Elektronenstrahlparameter, wie z.B. Strahldurchmesser, Strahlstrom und Blendenwinkel tragen zur Abbildungsqualität des Mikroskops bei.
Aufbau der 4-Linsen-Säule Tescan
Aufbau und Funktionsweise
der unterschiedlichen Linsen
Im Rasterelektronenmikroskop haben die Elektronenlinsen die Aufgabe, den Elektronenstrahl zu verkleinern und auf der Probenoberfläche zu fokussieren. In einem TESCAN-REM werden vier Elektronenlinsen und zwei Blenden verwendet. Zusätzlich sind mehrere Zentrier- und Ablenkspulen vorhanden. Eine schematische Abbildung des Säulenaufbaus befindet sich in Abbildung 4.1.
Im Mikroskop finden kurze, magnetische Linsen Verwendung. Die Linsen bestehen aus einer eisengekapselten, Strom durchflossenen Spule, welche von einem nicht ferromagnetischen Material unterbrochen wird. Dies konzentriert den magnetischen Fluss auf einen ringförmigen Spalt, in dem die Elektronen gebündelt werden.
Abb4.1
Kondensorlinse C1 und C2
Die Kondensorlinsen haben die Aufgabe den Durchmesser des Elektronenstrahls zu verkleinern. Eine hohe Anregung der Linsen verringert die Brennweite und somit den Strahldurchmesser. Ist die Anregung an der ersten Kondensorlinse (C1) zu hoch besteht die Möglichkeit, dass einige Elektronen zu stark abgelenkt werden und von der zweiten Kondensorlinse (C2) nicht erfasst werden können. Dementsprechend sinkt die Strahlintensität. Das Resultat ist ein kleinerer Elektronenstrahldurchmesser, aber höheres Rauschen im Bild, welches nur durch eine langsamere Scangeschwindigkeit ausgeglichen werden kann.
Intermediäre Linse (IML)
Die besondere Konstruktion der TESCAN Säule beinhaltet eine vierte magnetische Linse (IML) die die Funktion eines mechanischen Blendenwechslers übernimmt. Dadurch werden keine mechanischen Komponenten in der Säule verbaut, was besondere Vorteile bringt. Ohne mechanische Komponenten ist die Realisierung eines volldigitalen REMs möglich, mit dem man alle Parameter speichern und schnell wiederaufrufen kann in sogenannten Presets. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit zum Einsatz einer UNDO-Taste, wie man sie aus gängigen Programmen kennt. Damit lassen sich die letzten Aktionen der REM-Einstellungen rückgängig machen.
Objektivlinse
Die Objektivlinse ist zuständig für die Fokussierung des Elektronenstrahls hin auf die Probenoberfläche. Da der Abstand einer Probe zur Linse wenige mm bis zu mehreren cm betragen kann, kann die Brennweite stark variiert werden. Die Regelung der Linse erfolgt über die Einstellung des Arbeitsabstands (engl. working distance – WD), der dem Abstand zwischen Strahlaustrittsöffnung (Polschuh) und dem Fokuspunkt (Probenoberfläche) entspricht.
Spray- und Aperturblende
Die Sprayblende (Streublende) sitzt unterhalb der Strahlzentrierspulen und soll verhindern, dass Elektronen, die von der ersten Kondensorlinse nicht erfasst wurden, Kontaminationen oder Streustrahlen erzeugen. Die Aperturblende, welche wesentlich tiefer sitzt, begrenzt den Elektronenstrahl auf seinen Enddurchmesser. Beide Blenden erfüllen eine Filterfunktion um Störsignale zu minimieren.