Die Rasterelektronenmikroskopie wurde Ende der dreißiger Jahre entwickelt und stellte einen enormen Forschritt bei der Mikroanalyse von Proben dar. Ein fein fokussierter Elektronenstrahl wird dabei von einem elektronischen Linsensystem über einen kleinen Bereich der Probe gerastert. Die Elektronen lösen dabei beim Eindringen in die Probe verschiedene physikalische Prozesse aus. So entstehen Sekundärelektronen, die mittels eines Photomultipliers gesammelt und verstärkt werden. Das so erzeugte Signal dient zur Helligkeitssteuerung einer simultan zum Elektronenstrahl gerasterten Bildröhre.
Elektrisch isolierende Proben müssen vor der Untersuchung mit dünnen Metallfilmen bedampft werden, da es sonst innerhalb kürzester Zeit zur Aufladung der Proben kommt und dies eine weiter Beobachtung verhindert.
Die Auflösung des realen Elektronenmikroskops ist im Wesentlichen durch die Fehler elektronischer Linsen und die Schärfe der Elektronenquelle bestimmt. Viele Geräte nutzen auch heute noch die Glühemission aus direkt beheizten Wolframwendeln zur Erzeugung der Elektronen. Hierbei limitiert die Größe der Wendel selbst die maximal erreichbare Vergrößerung. Näher an die optimale Konfiguration als Punktquelle kommt man mit sogenannten Feldemittern. Bei diesem Gerätetyp nutzt man den physikalischen Effekt, dass beim Anlegen einer geeignet hohen Spannung aus dünnen Metallspitzen Elektronen ins Vakuum emittiert werden. Im Idealfall bestünde diese Spitze aus einem hervorstehenden Atom. Die Erzeugung erfolgt also fast als ideale Punktquelle. Die so erzeugten Elektronen erlauben die Abbildung noch kleinerer Strukturen. Die Elektronenströme sind um Größenordnungen kleiner als beim thermischen Emitter, hierdurch werden auch nicht leitende Proben ohne vorheriges Bedampfen mit Metallen der Elektronenmikroskopie zugänglich.
Rasterelektronenmikroskopie ist eine Vakuumanwendung – lebende Materie lässt sich damit nicht untersuchen.
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