BSE-Detektoren

Rückstreuelektronen (Backscattered Electrons, BSE/RE) sind hochenergetische Elektronen, die durch elastische Interaktion zwischen Primärelektronenstrahl und Probe entstehen. Der BSE-Energiebereich reicht von 50 eV bis zur Energie des Primärelektronenstrahls. Rückstreuelektronen werden von einer großen Region innerhalb des Interaktionsvolumens (die Region in der Probe, wo alle Interaktionen zwischen Strahl und Probe stattfinden) emittiert. Die Eindringtiefe kann von einigen Mikrometern bei hochenergetischem Strahl und einigen Dutzend Nanometern bei niedriger Strahlenergie variieren.
 

Der Rückstreukoeffizient η ist das Verhältnis zwischen generierten Rückstreuelektronen und der Anzahl der in die Probe einfallenden Strahlelektronen. Er hängt stark von der mittleren Kernladungszahl der Probe ab (Bereiche mit höherer mittlerer Kernladungszahl erscheinen heller als solche mit niedriger mittlerer Kernladungszahl). Daher liefert das BSE-Signal Materialkontrastabbildungen.

BSE-Detektoren

TESCAN bietet eine große Auswahl hochwertiger BSE-Detektoren in zwei Hauptgruppen:
BSE-Detektoren
BSE-Detektor

BSE-Detektoren mit Kristall-Szintillatoren

TESCAN Systeme sind mit erstklassigen Szintillatoren auf Kristallbasis ausgestattet. Diese Detektoren verfügen für eine gesteigerte Bildqualität über ein hohes Ansprechvermögen und eine hohe Auflösung bei Kernladungszahlen (0,1 Z). Ihr großer Detektionsbereich erlaubt die Aufnahme hochwertiger Abbildungen bei hoher Scangeschwindigkeit.
Hauptvorteile der Detektoren mit Szintillatoren auf Kristallbasis sind:
  • Hohe Abbildungsrate bis zu 20 ns / Pixel
  • Temperaturstabilität (keine Signaldrift)
  • Geringes Rauschen, sehr klare Bilder
  • Unempfindlich gegenüber IR-Licht des Chamberscopes
  • Geeignet für Niedervakuumbetrieb
TESCAN hat verschiedene Detektoren mit Szintillatoren entwickelt, die je nach System standardmäßig verbaut oder optional erhältlich sind.
 

Der BSE-Detektor (fest) ist ein Detektor mit ringförmigem Szintillator auf Kristallbasis, der in der optischen Achse der REM-Säule, direkt unter der Objektivlinse, platziert ist. Er ermöglicht hochwertige Abbildungen bei niedrigem und hohem Vakuum. Er liefert sowohl topographischen Kontrast, als auch Materialkontrast von Weitwinkel-BSEs. Er ist einsetzbar bei Proben mit geringem Kontrast, wie beispielsweise biologischen Proben und erreicht bei der Kernladungszahl eine Auflösung von 0,1 Z.

Der rückziehbare BSE-Detektor hat die gleichen Merkmale und Fähigkeiten wie die feste Version. Er besitzt den Vorteil, dass man ihn zurückziehen kann, wenn er nicht genutzt wird. Auf diese Weise kann man den Arbeitsabstand für SE-Abbildungen verringern. Es gibt sowohl manuell, als auch motorisiert rückziehbare Detektoren.



Der Mid-Angle BSE-Detektor sitzt in der Elektronensäule und erlaubt rauscharmes Volume-Compositional-Mapping. Er detektiert Rückstreuelektronen mit mittlerem Winkel, die Informationen zu Zusammensetzung und Topographie der Probe liefern. Er ist für die Bildakquise bei kleinen Arbeitsabständen geeignet. Der Mid-Angle BSE-Detektor ist integraler Bestandteil der neuen, ultrahochauflösenden Triglav™-Elektronensäule. Im Beam Deceleration Modus (BDM) empfängt der Detektor Rückstreuelektronen. Der Detektor arbeitet über den gesamten Strahlenergiebereich von 200 eV bis 30 keV.



Der In-Beam BSE-Detektor ist ein in den Strahlengang integrierter Detektor mit ringförmigem Szintillator, der axiale BSE-Signale detektiert. Dadurch liefert er einen reinen Materialkontrast bei kurzen Arbeitsabständen. Der In-Beam BSE-Detektor kann gleichzeitig mit dem festen oder rückziehbaren BSE-Detektor eingesetzt werden (die größtenteils weitwinklige Rückstreuelektronen auffangen). Ihr Signal lässt sich für verbesserten Materialkontrast und topographischen Kontrast addieren. Ist das System mit Beam Deceleration Technologie (BDT) ausgestattet, funktioniert dieser Detektor im BDM als spezieller SE-Detektor, wodurch höchste Auflösung erzielt wird.



Der Low-Energy BSE- (LE-BSE-) Detektor wurde speziell entwickelt, um eine verbesserte Detektorempfindlichkeit bei niedriger Energie zu erreichen. Er arbeitet über den gesamten Strahlenergiebereich von 200 eV bis 30 keV. Die In-Beam-Version (In-Beam LE-BSE-Detektor) arbeitet im Bereich von 500 eV bis 30 keV. Die LE-BSE-Detektoren sind sehr gut für Anwendungen wie FIB-REM-Tomographie geeignet.



Der rückziehbare BSE-Dual-Szintillator-Detektor ist mit zwei Einkristall-Szintillatoren ausgestattet. Ein Szintillator detektiert weitwinklige, der andere (lateral) flachwinklige BSE-Signale. Die beiden Szintillatoren arbeiten unabhängig voneinander, können aber auch kombiniert werden, um verbesserten Material- oder Topographiekontrast zu erreichen. Der lateral angeordnete Kristall kann manuell durch einen Shutter verdeckt werden, so dass sich der gesamte Detektor wie ein Standard BSE-Detektor verhält.



Der Al-beschichtete BSE-Detektor ermöglicht die Simultanabbildung von Kathodoluminiszenz (KL-/CL-) und BSE-Signalen. Sind CL- und BSE-Detektor im Einsatz, werden vom Szintillatorkristall des BSE-Detektors emittierte Photonen durch den CL-Detektor aufgefangen und stören so das eigentliche CL-Signal der Probe. Um diese Wechselwirkung zu unterbinden, ist der Kristall des BSE-Detektors mit Aluminium beschichtet. Damit wird die Photonenemission des BSE- auf den CL-Detektor verhindert. CL-Abbildung ist eine wichtige Anwendung in der Mineralogie. Hier kann die simultane Erfassung von CL- und BSE-Signalen bedeutende Ergebnisse liefern.



Der BSE-/CL-Detektor kann als CL-Detektor für die Charakterisierung von Proben durch sichtbares Licht und als BSE-Detektor für Materialkontrast eingesetzt werden. Um zwischen beiden Arbeitsmodi zu wechseln ist es notwendig, den Lichtleiter manuell auszuwechseln.


Der wassergekühlte BSE-Detektor ist ein motorisiert rückfahrbarer, ringförmiger Szintillator-Detektor. Er wurde speziell für Hochtemperaturuntersuchungen von Proben entwickelt. Der BSE-Standarddetektor würde unter solchen Bedingungen beschädigt. Der wassergekühlte BSE-Detektor kann durch sein Kühlwasserkreislaufsystem bei Temperaturen bis 900°C eingesetzt werden.


4-Quadranten Halbleiter (Solid-State) BSE-Detektoren

Der rückziehbare 4Q-BSE-Detektor ist ein ringförmiger 4-Quadranten Halbleiter (Solid-State) BSE-Detektor. Er nimmt aus verschiedenen Richtungen vier getrennte BSE-Signale auf. Die Elektronik des REM stellt das Signal aller vier Quadranten separat ein oder mischt die Signale, addiert oder subtrahiert sie zu einem Gesamtbild. Dadurch sind hochentwickelte Bildfunktionen wie Materialkontrast- und Topographiemodus oder vier unabhängige Abbildungen für optimierte 3D-Rekonstruktion von Probenoberflächen möglich. Bei der 3D-Bilderzeugung setzt die Software die vier Signale der jeweiligen Segmente zu einem Gesamtbild zusammen.
  • Getrenntes Signal aller vier Segmente
  • Gemischtes Signal, vereinigt zum Gesamtbild
  • Materialkontrast- und Topographiemodus
  • 3D-Rekonstruktion der Probenoberfläche
  • Rückziehbar (optional motorisiert)