Rastermikroskope

Rastermikroskope,

 

Rastersondenmikroskope, Geräte, bei denen die Oberfläche eines Objekts zeilenweise Punkt für Punkt mit einer feinen Sonde abgetastet oder abgerastert wird und ein dabei entstehendes Messsignal in stark vergrößertem Maßstab als Helligkeits- oder Farbverteilung auf einer Bildröhre (dem Monitor eines Computers) wiedergegeben wird. Nach dem englischen Wort scanning für »Rastern« werden diese Geräte auch als Scanning-Mikroskope (mit den entsprechenden Abkürzung) bezeichnet. Nach der Art der bildgebenden Sonde unterscheidet man das Laserscanning-Mikroskop mit einem fokussierten Laserstrahl, das (optische) Nahfeldmikroskop mit einer metallisierten Glasfaser, das Rasterelektronenmikroskop (Abkürzung REM) mit einem Elektronenstrahl als Sonde (Elektronenmikroskop), das Ultraschallmikroskop, das Rastertunnelmikroskop mit einer feinen Metallspitze als Tunnelkontakt (Tunnelmikroskop), das Rasterkraftmikroskop (Atomkraft-, Kraftmikroskop, Abkürzung AFM von englisch atomic force microscope) mit einem Kraftmessbalken als Kraftaufnehmer und das Reibungsmikroskop, ein Rasterkraftmikroskop, bei dem mit dem Kraftmessbalken nicht nur wie beim AFM die Auslenkung senkrecht zur Oberfläche der Probe (die Topographie), sondern über eine Verdrillung des Kraftmessbalkens auch die durch Reibung verursachte Lateralkraft gemessen wird.

 

Die entstehenden Bilder sind keine geometrische Abbildungen, sondern flächenhafte Darstellungen der physikalischen Eigenschaften der Probenoberfläche entsprechend dem jeweiligen Messverfahren. Beim Laserscanning-Mikroskop erhält man das optische Reflexionsvermögen (Emissionsvermögen), beim Nahfeldmikroskop - je nach Betriebsweise - das Reflexions- oder Transmissionsvermögen der Probe. Das Rasterelektronenmikroskop liefert ein Bild des Reflexionsvermögens für Elektronen, beim Nachweis der erzeugten Sekundärelektronen ein Bild des Sekundäremissionsvermögens, beim Nachweis der durch den Elektronenstrahl angeregten charakteristischen Röntgenstrahlung ein Bild der Verteilung der chemischen Elemente an der Probenoberfläche (das REM wird dann auch als Mikrosonde bezeichnet); misst man die örtliche Verteilung der durch den Elektronenstrahl angeregten Ladungsträger, spricht man von EBIC (Abkürzung für englisch electron beam induced current, »elektronenstrahlinduzierter Strom«). Das Tunnelmikroskop gibt Aufschlüsse über die Elektronendichteverteilung in der Probe, AFM und Reibungsmikroskop liefern Aussagen über die zwischen Probenoberfläche und Kraftmessbalken wirkenden Kräfte und damit über die an der Oberfläche wirksamen elektrischen und magnetischen Felder. Alle diese Signale enthalten Informationen über die Probentopographie und können mehr oder weniger genau in die geometrische Oberflächenstruktur umgerechnet werden.

 

Das laterale Auflösungsvermögen aller Rastermikroskope ist durch den Sondendurchmesser begrenzt; v. a. beim Tunnel- und beim Kraftmikroskop werden dabei atomare Dimensionen von unter 1 nm erreicht, das vertikale Auflösungsvermögen kann noch weit darunter liegen. - Rastermikroskope erlauben teilweise auch eine Mikrobearbeitung der Oberfläche in Lateraldimensionen, die dem Sondendurchmesser entsprechen; z. B. können mit dem Tunnelmikroskop einzelne Atome verschoben werden.