Im Niedervakuum wird der Primärstrahl vom eingelassenen Gas beeinflusst. Hierbei gibt es bis zu sechs verschiedene Wechselwirkungen (im Hochvakuum nur zwei), welche im Wesentlichen die Abbildung und das Signal-Rausch-Verhältnis beeinflussen.
Abbildung 1 Entstehung von Ionen und Elektronen durch Elektronen des Primärstrahls
Folgende Wechselwirkungen treten auf:
Strahl – Probe:
Durch Strahlstreuung wird das Wechselwirkungsvolumen beeinflusst.
Die Signalerzeugung wird durch das geringere Wechselwirkungsvolumen behindert.
Modifizierung der Probe (Strahlungseffekt).
Strahl – Gas:
Sobald Gas in die Probenkammer eingebracht wird, kollidieren die Primärelektronen mit den Gasmolekülen oder Atomen. Mit jeder Kollision verliert das Elektron an Energie und wird gestreut, dies nennt man den Skirt-Effekt.
Durch die Kollision entstehen folgende Effekte:
- der Primärstrahl wird gestreut
- aus dem Gas entstehen Signale (SE, BSE, Röntgenstrahlung, Kathodenlumineszenz)
- Erzeugung positiver Ionen, welche von der Probe angezogen werden und die überschüssigen Elektronen aufnehmen und somit die Aufladung der Probe verhindern
Diese drei Faktoren bestimmen und limitieren maßgeblich Kontrast und Auflösung. Diese Signale, welche vom Primärstrahl erzeugt und fügen den nützlichen Signalen ein konstantes Rauschen hinzu.
Probe – Signal:
Durch geringe Aufladung der Probe werden im besonderen Maße Sekundärelektronen beeinflusst. Aber auch die Probenoberfläche wird durch Aufladungen im geringen Ausmaße verändert.
Signal – Gas:
Der Anteil der gestreuten Elektronen beträgt bei 270 Pa ca. 20%. Die emittierten Rückstreuelektronen erzeugen ein konstantes Rauschen und stört im entscheidenden Maße die Bilderzeugung.
Gas – Probe:
Gas kann chemische Reaktionen auslösen, wie z.B. Oxidation von Methanol auf Silberpartikeln. Somit können die beiden Wechselwirkungen Strahl – Gas und Signal – Gas Reaktionen modifizieren oder neue Reaktionen initiieren.
Strahl – Signal:
Durch Interaktion mit dem Gas kann eine indirekte Signalbeeinflussung statt finden (Hintergrundrauschen). Die Wechselwirkungen Strahl – Gas und Signal – Gas haben Auswirkungen auf die Detektion von Röntgenstrahlung im Niedervakuum.