Trans­mis­si­ons- und Ras­ter­trans­mis­si­ons­elek­tro­nen­mi­kro­sko­pie (TEM/STEM)

Im Vergleich zur Licht- und Rasterelektronenmikroskopie erreicht die Transmissions-elektronenmikroskopie (TEM) ein wesentlich besseres Auflösungsvermögen. Dank der sehr kleinen Wellenlänge der bei TEM verwendeten beschleunigten Elektronen werden Strukturdimensionen in der Größenordnung 0,1 nm aufgelöst. 

Kon­ven­ti­o­nel­le TEM

Aufgrund der Wechselwirkung mit den Atomen erfahren die einfallenden Elektronen im durchstrahlten Objekt eine Ablenkung und im Wellenbild eine Phasenverschiebung. Die Ablenkung hängt ab von der Kernladungszahl sowie von der Anzahl der passierten Atome (Massendickenkontrast). Bei kristallinen Objekten kommt der Beugungskontrast hinzu, d.h. die gestreute Intensität ist eine Funktion der Orientierung des Kristallgitters relativ zum Elektronenstrahl. Mittels einer Blende in der bildseitigen Brennebene des Objektivs lassen sich die für die Hellfeld- und Dunkelfeldabbildung erforderlichen ungebeugten bzw. gebeugten Strahlen gezielt auswählen. Hierdurch lässt sich die aus dem Beugungsmuster zu gewinnende Strukturinformation kleinsten Bereichen in der Probe zuordnen. Die konventionelle TEM gestattet die Abbildung der morphologischen Gestalt, des chemisch-strukturellen Aufbaus sowie der Gitterdefekte von Materialstrukturen.

Elek­tro­nen­beu­gung

Elektronenbeugungsmuster entstehen infolge der Interferenz der Elektronenwelle an den Netzebenen kristalliner Objekte. Bei paralleler Beleuchtung (Feinbereichsbeugung, selected area electron diffraction, SAED) erhält man in der bildseitigen Brennebene des Objektivs Beugungspunkte, bei konvergenter Beleuchtung hingegen Scheibchen, deren Durchmesser vom Konvergenzwinkel abhängt. Während bei der Feinbereichsbeugung mittels einer Blende Gebiete von minimal ca. 0,1 µm Größe ausgewählt werden können, erlaubt die konvergente Beleuchtung durch das Fokussieren des Elektronenstrahles Probenbereiche < 5 nm zu untersuchen. 

Die Feinbereichsbeugung eignet sich zur Phasen- und Texturanalyse auf der Sub-Mikrometer-Skala. Darauf aufbauend können Phasenumwandlungen in thermischen oder mechanischen in-situ-Experimenten zeitaufgelöst studiert werden. Die konvergente Elektronenbeugung wird u.a. zur hochpräzisen, ortsaufgelösten Bestimmung von Gitterparametern eingesetzt.