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Strahlabbremsung – Beam Deceleration Mode, BDM

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Die Strahlabbremsungsmethode (engl. Beam Deceleration Mode, BDM) verbessert die Auflösung des Mikroskops während der Abbildung bei Niederspannung (low kV). Abbildungen bei Niederspannung sind bspw. sinnvoll, um Aufladungen bei Strahlempfindlichen Proben zu vermeiden oder oberflächensensitive Messungen durchzuführen. Beim letzterem verringert sich das Wechselwirkungsvolumen von Strahl und Probe mit abnehmender Beschleunigungsspannung.

Nun ist es aber so, dass je kleiner die Beschleunigungsspannung gewählt ist, desto höher sind in der Regel Abberationsfehler beim Strahlendurchgang durch die Elektronenoptik. Hochrenergetische Primärelektronen lassen sich besser „formen“, daher ist es sinnvoll eine hohe Beschleunigungsspannung zu nutzen, die Elektronen zu fokussieren und im Anschluss, kurz vor der Wechselwirkung mit einer Probenoberfläche, abzubremsen. Beim BDM wird dazu an die Probe eine negative Vorspannung angelegt, so dass sich um die Probe ein elektrostatisches Feld aufbaut. Dieses Feld bremst die Elektronen kurz vor der Probenoberfläche ab und verringert somit die Energie des Primärelektronenstrahls. Auf diese Weise sind Niederspannungsaufnahmen mit minimierten Abberationsfehler möglich.

Für den optimalen Einsatz des BDM sollte die Probe relativ flach sein bzw. keine starke Topographie aufweisen, da sich sonst ein unregelmäßiges elektrostatisches Feld aufbaut und die Primärelektronen ungleichmäßig abgebremst werden. Das Ergebnis sind lokal verzerrte Bilder. Das gleiche gilt auch für das Verkippen der Proben, da der Elektronenstrahl nicht mehr senkrecht auf die Probe trifft und ein inhomogenes elektrostatisches Feld wahrnimmt.

Ein idealer Beobachtungsort ist die Mitte der Probe. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Probe leitfähig ist, da sich hier ein optimales Feld aufbauen kann. Es können jedoch auch kleine, nichtleitende Proben verwendet werden. Große nichtleitende Proben können hingegen die Bildung des elektrostatischen Feldes über der Probe behindern.

Strahlerzeugung in einem Tescan Rasterelektronenmikroskop

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Zurzeit finden in den Tescan Rasterelektronenmikroskopen zwei unterschiedliche thermische Elektronenstrahlquellen Verwendung. Der Aufbau der Elektronenquelle ist davon abhängig, wie freie Elektronen erzeugt werden. Das Besondere an Metallen ist, das die äußeren Valenzelektronen nicht fest an einem bestimmten Atom lokalisiert sind, sondern als sog. „Elektronengas“ zwischen den Metallatomen frei beweglich sind, wodurch Sie unter anderem für die elektrische Leitfähigkeit von Metallen verantwortlich sind. Read more