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Abbildung im Niedervakuum-Modus

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Zur Abbildung im Niedervakuum-Modus kann der Rückstreuelektronendetektor (BSE) oder der LVSTD benutzt werden. Beide liefern sehr unterschiedliche Abbildungen und lassen andere Interpretationen zu. Abbildung 1 zeigt ein Mohnsamen abgebildet mit dem BSE Detektor und dem LVSTD im Niedervakuum-Modus. Der BSE liefert ein Kontrast basierend auf der Ordnungszahl der Elemente, also einen „chemischen Kontrast“ (Abbildung 1 links). Der LVSTD detektiert SE Elektronen, die die Topographie der Probe widerspiegeln, und erzeugt somit eine plastische Abbildung (Abbildung 1 rechts).

 

Abbildung 1: Mohnsamen im Rückstreubild links und mit dem LVSTD rechts

Astigmatismus

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Der Stigmator dient zur Korrektur eines elliptischen Elektronenstrahls. Dieser entsteht durch nicht absolut symmetrische Linsenbohrungen, die wiederum zu einem inhomogenen Magnetfeld führen. Auch Verunreinigungen der Aperturblenden bewirken eine axiale Verschiebung des Elektronenstrahls. Korrigiert wird dies mit Hilfe einer Achtfachspule, die als 2 mal 4 Spulensystem aufgebaut ist. Durch die Spulen wird ein elliptisches Korrekturfeld erzeugt, welches in X- und Y-Richtung wirkt. Einen von Astigmatismus betroffenen Strahl erkennt man an diagonalen Verzerrungen im Bild bei einer Über – bzw. Unterfokussierung (siehe Abbildung 1). Ein kompensierter Astigmatismus führt zu einem Verzerrungsfreien Bild, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Bildrotation (Scan Rotation)

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Die elektronische Rotation des Rasterfeldes ermöglicht eine kontinuierliche Drehung der Probenabbildung um 360°, damit können z.B. Probenstrukturen zum Bildrand ausgerichtet werden. Im Gegensatz zur mechanischen Probendrehung bleiben dabei die Bildmitte und der Fokus des Elektronenstrahls erhalten.

Die elektronische Rotation des Rasterfeldes wird auch benutzt, um die Drehung des Bildes auszugleichen, die bei einer Änderung des Arbeitsabstandes auftritt.

Diese entsteht, weil sich die Elektronen auf einer Spiralbahn von der Kathode zur Probe bewegen und somit in Abhängigkeit vom Arbeitsabstand eine andere Raumorientierung haben. Bei modernen Geräten erfolgt dieser Ausgleich automatisch, bei älteren Geräten muss er von Hand erfolgen.

Die Drehung des Rasterfeldes wird erreicht, indem die horizontalen und vertikalen Ablenkspannungen im Rastergenerator dem gewünschten Drehwinkel entsprechend aufeinander gemischt werden.

Bildverschiebung (Image Shift)

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Durch zwei weitere Paare Ablenkspulen, die sich ebenfalls in der Objektivlinse befinden, kann das gesamte Rasterfeld geringfügig in X- und Y-Richtung verschoben werden (Image Shift).

Die Größe der Verschiebung ist abhängig von der benutzten Vergrößerung. Insbesondere bei höheren Vergrößerungen kann so das Rasterfeld exakt auf der Probenoberfläche positioniert werden, da dann die Probenverschiebung mittels der mechanischen Tischbewegung oft nur schrittweise und zu ungenau erfolgt.

DEPTH Modus

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Der DEPTH Modus bietet eine wesentlich erweiterte Tiefenschärfe. In diesem Modus wird die IML Linse eingeschaltet. Read more

Detektoren für absorbierte Elektronen (AbE-Detektoren)

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Die innerhalb der Probe absorbierten Elektronen (AbE) müssen über den Probentisch zur Masse abgeführt werden, um Aufladungen der Probe zu vermeiden.
Bei einem entsprechenden Aufbau des Probentisches kann der abfließende Strom durch empfindliche Messgeräte (Picoamperemeter) als Messgröße angezeigt (Probenstrom – Probe Current) oder zur Bilderzeugung eingesetzt werden.

Probenstrom-Detektor

Der abfließende Probenstrom (AbE) wird durch einen speziellen Probenstromverstärker in ein Spannungssignal umgewandelt und zur Abbildung der unterschiedlich leitfähigen Bereiche der Probe verwendet (Probenstrombild 1).

Abbildung 1: Schematischer Aufbau eines Probenstromverstärkers

Dynamischer Fokus

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Der dynamische Fokus ist eine automatische Fokusänderung des Elektronenstrahls in Abhängigkeit von der vertikalen Strahlposition (Rasterzeilen-Position).

Er dient zur fokussierten Abbildung von gekippten, ebenen Proben, wenn die Schärfentiefe des abbildenden Elektronenstrahls nicht ausreicht. Dabei wird der Fokus automatisch nachgezogen, um den oberen und unteren Randbereich der Probe scharf abzubilden (Abbildung). Bei Anwendung des dynamischen Fokus darf die abzubildende Fläche nur in Y-Richtung gekippt sein, d.h. die Kippachse der Probe muss horizontal ausgerichtet werden.

Abbildung der dynamischen Fokusregelung

EBIC-Detektor

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Ein EBIC-Detektor (Electron Beam Induced Current – Detektor) stellt eine spezielle Form eines Probenstromverstärkers dar, bei dem durch eine entsprechende Kontaktierung die Probe, oder Bereiche der Probe, mit einer einstellbaren Vorspannung (Bias) angesteuert werden können (Abbildung 2). Bei geeigneten Proben ergeben sich durch den EBIC-Effekt (siehe Artikel „Wechselwirkung Strahl-Probe“) Änderungen im gemessenen Probenstrom (EBIC), die durch einen geeigneten Verstärker in ein Spannungssignal (Video) umgewandelt wird und zur Abbildung im REM verwendet werden kann.

Abbildung 2: Schematischer Aufbau eines EBIC-Detektors

 

InBeam-Detektor (InLens-Detektor)

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Die beste Auflösung erzielt ein REM bei kürzesten Arbeitsabständen (WD). Durch den schlechtere Abnahmewinkel und Abschattungen nimmt jedoch, ab einem bestimmten WD, die Effizienz des in der Probenkammer befindlichen SE-Detektors dramatisch ab. Daher kommen bei Feldemissionsgeräten sogenannte InBeam-Detektoren (auch InLens-Detektoren genannt) zum Einsatz. Diese sitzen in der REM-Säule und zeigen eine deutlich bessere Performance bei kleinen WD (≤ 5mm).

 

InBeam-SE Detektor 

Bei einem InBeam–Detektor werden die von der Probe ausgelösten Sekundärelektronen auf einer Spiralbahn um den Elektronenstrahl herum durch die Öffnung der Objektivlinse zu einem Szintillations-Detektor geführt, der sich innerhalb der Objektivlinse befindet (Abbildung 1). Dies geschieht durch den Einbau einer zusätzlichen elektrostatischen Linse innerhalb der Objektivlinse, die gleichzeitig der Fokussierung des Primärelektronenstrahls dient, als auch der Extraktion der SE von der Probe zum Detektor (Kollektorfunktion).
Die Funktion des Szintillations-Detektors selbst ist im Abschnitt „Detektoren – Szintillationsdetektor nach Everhart-Thornley“ beschrieben.

InBeam-RE Detektor 

Ein In-Beam-RE-Detektor (auch In-Beam-BSE) befindet sich im oberen Teil der Elektronensäule und basiert auf Prinzip des Szintillator-Detektors. Aufgrund des Aufbaus detektiert dieser hauptsächlich axial rückgestreute Elektronen (RE), d.h. RE mit einem engen Austrittswinkel (Abbildung 1). Somit ist der In-Beam-RE Detektor komplementär zu einem einziehbaren RE-Detektor in der Kammer, der hauptsächlich Weitwinkel-REs erfasst.

Abbildung 1: Schematischer Aufbau von In-Beam-SE und InBeam-BSE Detektoren in der REM Säule

Empfohlene Bedingungen für den In-Beam-RE-Detektor sind kurze Arbeitsabstände (WD <7 mm) sowie höhere Strahlströme. Die Funktion des RE Detektors selbst ist im Abschnitt „Detektoren – Szintillator-Rückstreuelektronen-Detektor“ beschrieben.

 

Kathodolumineszenz-Detektor

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Die durch den Primärelektronenstrahl angeregte Lumineszenzstrahlung (Photonen) des Probenmaterials, wird mit Hilfe eines Spiegels und eines Lichtleiters, zu einem Photomultiplier geführt und dort zu einem elektrischen Signal verstärkt. Durch die Nutzung von Photomultipliern mit verschiedenen Spektralbereichen kann die Wellenlänge der zur Abbildung benutzten KL-Strahlung bestimmt werden. Da der Spiegel unmittelbar über der Probe positioniert werden muss, besitzt er eine mittige Bohrung für den Durchgang des Primärelektronenstrahls (Abbildung 1).

Die Form und die Anordnung des Spiegels können, je nach Bauart des Detektors, sehr unterschiedlich sein. Durch die Nutzung eines Monochromators vor dem Photomultiplier ist es möglich, zur Abbildung nur das Licht einer speziellen Wellenlänge zu benutzen.

Abbildung 1: Schematischer Aufbau eines KL-Detektors

 

Abbildung 2: Abbildung eines TESCAN-KL-Detektors