Mapping und Quantmap

Mapping und Quantmap

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Beim Mapping kann die Verteilung der in der Probe enthaltenen Elemente innerhalb des Bildfeldes dargestellt werden. Dazu wird der Elektronenstrahl mit einer einzustellenden Verweilzeit (Dwelltime) innerhalb der festgelegten Messfläche Pixel für Pixel über die Probe geführt und das Vorhandensein eines bestimmten Elementes durch die Färbung des jeweiligen Pixels im entsprechenden Verteilungsbild dargestellt. Das erzeugte Verteilungsbild enthält eine qualitative Information, ob an einem Bildpunkt ein Element vorhanden ist oder nicht. Die hellere oder dunklere Darstellung stellt nur die Zählstatistik für den jeweiligen Bildpunkt dar und enthält keine qualitative Aussage (Elementkonzentration). Die nachzuweisenden Elemente müssen je nach verwendeter Analysensoftware entweder durch die Markierung der entsprechenden Energiebereiche im Spektrum (ROI – Region Of Interest) per Hand festgelegt werden oder werden automatisch festgelegt und können nach Abschluss der Messung noch bearbeitet werden. Die Auflösung der Elementverteilungsbilder liegt meist deutlich unterhalb der üblichen REM- Auflösung, da durch die wesentlich längeren Verweilzeiten des Elektronenstrahls pro Bildpixel sehr lange Bildaufnahmezeiten entstehen. Üblich sind Elementverteilungsbilder mit einer Auflösung von 512×512 Pixel. Da beim Mapping nur eine qualitative Messung durchgeführt wird, kann man im Interesse einer besseren Zählstatistik kleinere Prozesszeiten (5-30 µs) verwenden, um so mit höheren Zählraten arbeiten zu können.
Bedingt durch das Anregungsvolumen des Elektronenstrahls, liegt die prinzipielle laterale Auflösung eines Elementverteilungsbildes im Mikrometerbereich. Moderne Detektoren in SDD-Bauweise können (vorausgesetzt das REM kann einen genügend großen Strahlstrom erzeugen und die Probe wird durch den hohen Strahlstrom nicht geschädigt) mit sehr hohen Zählraten (bis 500.000 cps) arbeiten, womit sehr schnelle Mappings oder Mappings mit höherer Auflösung möglich sind. Die erzeugten Verteilungsbilder können mit dem REM-Bild der analysierten Oberfläche überlagert werden, um die örtliche Zuordnung der Verteilungsbilder zu erleichtern. Eine andere Möglichkeit der Verbesserung der Mapping –Qualität besteht in der Nutzung von langen Verweilzeiten pro Pixel oder in der Akkumulation mehrerer Bilddurchläufe. Hierbei ist besonders auf die Langzeitstabilität der Probe / des Bildes zu achten. Einige EDX-Systeme bieten die Möglichkeit, eine Drift des Bildes durch eine Nachführung des Elektronenstrahls auszugleichen. Werden durch das EDX-System beim Mapping für jeden Bildpunkt komplette Spektren gespeichert, können nach dem Abschluss der Messungen auch noch nachträglich Elementverteilungsbilder für Elemente erzeugt werden, die bei der Ausgangsmessung noch nicht festgelegt waren. Die Informationen der erzeugten Elementverteilungsbilder können auch miteinander kombiniert werden, wodurch sich zusätzliche Auswertemöglichkeiten ergeben. So kann zum Beispiel das gemeinsame Vorhandensein bestimmter Elemente ausgewertet werden und zur Darstellung von chemischen Phasen innerhalb der abgebildeten Probe verwendet werden (Phasemap). Bein einem sogenannten Quantmap werden die für jeden Bildpunkt gespeicherten Spektren nach dem Abschluss des Mappings in einem zusätzlichen, meist recht zeitintensivem Schritt quantitativ ausgewertet. Auf diese Weise können Verteilungsbilder erzeugt werden, die in der Hell-/Dunkelfärbung der Pixel eines Verteilungsbildes eine Information über die Konzentration eines Elementes an dieser Stelle darstellen.
Für ein Quantmap sollten aber die Verweilzeiten des Elektronenstrahls je Pixel (Dwelltime) deutlich erhöht werden (von Millisekunden-Werten auf mehrere Sekunden), um für die Spektren eine Zählstatistik zu erzeugen, die eine vernünftige quantitative Berechnung ermöglicht. Damit ist aber eine deutliche Steigerung der Aufnahmezeit für ein Mapping verbunden.