Kurz & knapp
Ein Rasterelektronenmikroskop (REM, englisch SEM) tastet die Oberfläche einer Probe mit einem feinen Elektronenstrahl Zeile für Zeile ab. Aus den dabei freigesetzten Elektronen entsteht ein detailreiches Bild mit großer Schärfentiefe.
Inhalt
Das Rasterelektronenmikroskop, kurz REM (englisch SEM für Scanning Electron Microscope), ist die bekannteste Variante des Elektronenmikroskops. Die plastisch wirkenden Bilder von Pollen, Insektenaugen oder Mikrochips stammen fast immer von einem REM.
So entsteht das Bild
Ein fein gebündelter Elektronenstrahl wird über die Probe geführt. An jedem Punkt lösen die Elektronen Signale aus, die ein Detektor misst. Die Helligkeit jedes Punktes ergibt ein Pixel, das Bild baut sich aus allen Punkten auf. Zwei Signale sind besonders wichtig:
- Sekundärelektronen: Sie stammen aus den obersten Nanometern und zeigen die Oberflächenform. Kanten wirken heller.
- Rückstreuelektronen: Schwere Elemente streuen stärker. Das Bild zeigt Materialunterschiede.
Aufbau
Wie jedes Elektronenmikroskop besteht ein REM aus Elektronenquelle, Magnetlinsen und Vakuumkammer. Zusätzlich sitzen Ablenkspulen im Strahlengang, die den Strahl zeilenweise führen. Die Vergrößerung entsteht rein rechnerisch: Das Bild zeigt ein kleineres Rasterfeld auf dem Monitor, also steigt die Vergrößerung, wenn der Strahl einen kleineren Bereich abfährt. Ein Rasterfeld von 10 Mikrometern auf einem 10 Zentimeter breiten Bildschirm entspricht rechnerisch 10.000-facher Vergrößerung.
Vorbereitung der Probe
Die Messung läuft im Vakuum. Nicht leitende Proben wie Insekten oder Pollen laden sich auf und verzerren das Bild. Deshalb werden sie oft mit einer hauchdünnen Gold- oder Platinschicht bedampft. Biologische Proben müssen vorher getrocknet werden. Bei Umweltrastermikroskopen (ESEM) geht das auch mit Restfeuchte.
Zahlen im Überblick
| Größe | Lichtmikroskop | REM |
|---|---|---|
| Nützliche Vergrößerung | Bis etwa 1.000x | Über 100.000x bei guten Geräten |
| Auflösung | Rund 200 Nanometer | Etwa 1 bis wenige Nanometer; Tischgeräte gröber |
| Schärfentiefe | Gering | Deutlich größer |
| Farbe | Natürlich | Grauwerte |
Die große Schärfentiefe entsteht, weil der Strahl sehr schmal und sein Öffnungswinkel winzig ist. Zum Vergleich: Ein objektiv mit hoher Apertur hat nur wenige Mikrometer Tiefenschärfe.
Elementanalyse
Viele REMs besitzen zusätzlich einen Röntgendetektor (EDX). Der Strahl regt die Atome an, sie senden charakteristische Röntgenstrahlung aus, und die Software bestimmt, welche Elemente vorhanden sind. So lässt sich zum Beispiel feststellen, ob ein Partikel aus Eisen oder Aluminium besteht.
Praxisbezug
Hobby-REMs gibt es nicht. Wer Oberflächen räumlich erleben möchte, nutzt ein Stereomikroskop mit natürlicher Tiefenwirkung bei kleiner Vergrößerung, etwa für Münzen, Platinen und Insekten. Passende Geräte findest Du in der Bestenliste der Stereomikroskope. Viele Universitäten zeigen ihr REM bei Aktionstagen, und Bildersammlungen im Netz erlauben einen Blick in diese Welt.
Verwandte Begriffe
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen REM und TEM?
Beim TEM durchdringen Elektronen eine ultradünne Probe und zeigen ihre Innenstruktur. Beim REM tastet der Strahl die Oberfläche ab und zeigt ihre Form. REM-Bilder wirken dadurch räumlich.
Warum werden Proben für das REM mit Gold bedampft?
Nicht leitende Proben laden sich im Elektronenstrahl auf, das Bild wird verzerrt. Eine hauchdünne Metallschicht leitet die Ladung ab und liefert zusätzlich mehr Signal.
Sind REM-Bilder farbig?
Nein, sie bestehen aus Grauwerten, weil nur die Intensität gemessen wird. Farbige Bilder sind nachträglich eingefärbt, um Bereiche zu unterscheiden.
Quellen
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