Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) ist ein leistungsfähiges Instrument zur Abbildung der Oberfläche von Materialien mit einer sehr hohen Auflösung.Bei nichtleitenden oder schlecht leitenden Materialien wie Keramik und Polymeren wird jedoch häufig eine Goldschicht auf die Probe aufgebracht.Diese Beschichtung dient vor allem zwei Zwecken: Sie verhindert die Ansammlung statischer elektrischer Felder (Aufladung) auf der Probenoberfläche und verbessert die Erkennung von Sekundärelektronen, was das Signal-Rausch-Verhältnis in den resultierenden Bildern verbessert.Indem die Goldbeschichtung die Probe leitfähig macht, sorgt sie dafür, dass das REM klare, hochwertige Bilder ohne durch Aufladung verursachte Artefakte erzeugen kann.
Die wichtigsten Punkte erklärt:
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Verhinderung der Aufladung:
- Nichtleitende Materialien wie Keramiken und Polymere lassen Elektronen nicht frei fließen.Wenn diese Materialien dem Elektronenstrahl in einem REM ausgesetzt werden, können sich Elektronen auf der Oberfläche ansammeln und statische elektrische Felder erzeugen.Dieses Phänomen wird als Aufladung bezeichnet.
- Die Aufladung kann das Bild verzerren und Artefakte wie helle Flecken, Schlieren oder sogar den vollständigen Verlust von Bilddetails verursachen.Durch das Aufbringen einer dünnen Goldschicht wird die Oberfläche leitfähig, so dass die angesammelten Elektronen abgeleitet werden können.Dadurch wird eine Aufladung verhindert und sichergestellt, dass das REM genaue und unverzerrte Bilder erzeugen kann.
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Verbesserung der Sekundärelektronendetektion:
- Bei den Sekundärelektronen handelt es sich um niederenergetische Elektronen, die von der Oberfläche der Probe emittiert werden, wenn diese vom primären Elektronenstrahl im REM beschossen wird.Diese Sekundärelektronen sind entscheidend für die Erstellung hochauflösender Bilder der Oberflächentopografie der Probe.
- Nicht leitende Materialien emittieren in der Regel weniger Sekundärelektronen, was zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis und einer schlechten Bildqualität führen kann.Die Goldbeschichtung erhöht die Emission von Sekundärelektronen, was das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und zu klareren, detaillierteren Bildern führt.
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Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses:
- Das Signal-Rausch-Verhältnis ist ein entscheidender Faktor für die Qualität von REM-Bildern.Ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis bedeutet, dass die nützlichen Informationen (Signal) besser vom Hintergrundrauschen unterschieden werden können, was zu klareren und detaillierteren Bildern führt.
- Indem die Goldbeschichtung die Probe leitfähig macht und die Sekundärelektronenemission verstärkt, verbessert sie das Signal-Rausch-Verhältnis erheblich.Dies ist besonders wichtig bei der Abbildung feiner Details oder bei der Arbeit mit Materialien, die von Natur aus schwache Signale erzeugen.
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Anwendung bei kryogenen Proben:
- In einigen Fällen werden Proben bei kryogenen Temperaturen präpariert und abgebildet, um ihren natürlichen Zustand zu bewahren, insbesondere bei Untersuchungen an biologischen oder weichen Materialien.Diese kryogenen Proben werden häufig gefriergebrochen und dann mit einem Metall, z. B. Gold, beschichtet, bevor sie in einem Kryo-SEM abgebildet werden.
- Die Metallbeschichtung dient denselben Zwecken wie im REM bei Raumtemperatur: Sie verhindert die Aufladung und verbessert die Sekundärelektronendetektion, so dass auch unter kryogenen Bedingungen qualitativ hochwertige Bilder erzielt werden können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Goldbeschichtung im REM für die Abbildung nicht oder schlecht leitender Materialien unerlässlich ist.Sie verhindert Aufladung, verstärkt die Emission von Sekundärelektronen und verbessert die Gesamtqualität der Bilder durch Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses.Daher ist die Goldbeschichtung ein entscheidender Schritt bei der Vorbereitung von Proben für die REM-Analyse, insbesondere wenn es sich um schwierige Materialien wie Keramik, Polymere oder kryogene Proben handelt.
Zusammenfassende Tabelle:
| Zweck der Goldbeschichtung | Wichtigste Vorteile |
|---|---|
| Verhinderung von Aufladung | Verhindert statische elektrische Felder und gewährleistet genaue und unverzerrte REM-Bilder. |
| Verstärkung der Sekundärelektronen | Verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis für klarere, detailliertere Bilder. |
| Anwendung bei kryogenen Proben | Gewährleistet eine hochwertige Bildgebung auch bei kryogenen Temperaturen. |
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