Schon ab 1925 entdeckte H. Busch, daß ein rotationssymmetrisches, inhomogenes Magnetfeld als Elektronenlinse für Elektronenstrahlen aufgefaßt werden kann, analog der Glaslinse für Lichtstrahlen (von Heimendahl, 1970).
Die Idee von der magnetischen Bündelung von Elektronenstrahlung verwirklichte dann der Heidelberger Ernst Ruska, als er 1931 zusammen mit Max Knoll, der das Prinzip des Abrasterns einer Oberfläche mit einer Elektronenstrahlsonde vorgeschlagen hatte (Reimer und Pfefferkorn, 1977), das erste Elektronenmikroskop baute. Es war allerdings ein Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop und lieferte keine Bilder des Oberflächenreliefs, sondern nur die Verteilung der Masse im Objekt. Es bildete also nur einen einzelnen Punkt des Objekts ab.
1931 meldete R. Rüdenberg beim deutschen Patentamt die Möglichkeit an, mit Hilfe elektrostatischer und -magnetischer Linsen einen Elektronenstrahl so zu beeinflussen, daß Vergrößerungen erzielt werden, die mehrere Größenordnungen über denen liegen, die mit dem Lichtmikroskop erzielbar waren (nach Lickfeld 1979). R. Rüdenberg war der erste, der sich das Elektronenmikroskop patentieren ließ, war aber bei der technischen Entwicklung nicht beteiligt.
1933 baute Ernst Ruska ein zweites Elektronenmikroskop, das die lichtmikroskopischen Abbildungsmaßstäbe mit einem Auflösungsvermögen von 50nm bei weitem übertraf. Es verfügte über einen Kondensor, Objektiv und Projektiv und hatte eine Objektwechselkammer. 1937 versuchte Manfred von Ardenne eine Probenoberfläche von einem Elektronenstrahl abtasten zu lassen und die dabei entstehenden Sekundärelektronen dazu zu benutzen, auf einer Kathodenstrahlröhre ein vergrößertes Bild des abgerasterten Probenbereichs erscheinen zu lassen (Rosenbauer & Kegel, 1978).
1938 wurde von Siemens das erste serienmäßige Elektronenmikroskop produziert. Dieses Rasterelektronenmikroskop wurde von E. Ruska und B. von Borries entwickelt. Ernst Ruska bekam 1986 den Physik-Nobelpreis.
1940 stellte Manfred von Ardenne ein erstes Universal-Elektronenmikroskop vor. Seit den fünfziger Jahren schreitet die Entwicklung ständig fort, nicht nur in Richtung immer besserer Auflösungs-vermögen, sondern auch in Bezug auf immer höhere Beschleunigungsspannungen (von Heimendahl, 1970). Somit ist die Rasterelektronenmikroskopie ein relativ junges Verfahren, das zunächst für die Untersuchung von Werkstoffen eingesetzt wurde und sich später auch besonders wertvoll für die Erforschung natürlicher oder künstlich hergestellter Oberflächen biologischer Objekte erwies (Rosenbauer & Kegel, 1978).

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Auf die Probe trifft ein Primärelektronenstrahl. Die Elektronen fließen über die Probe als Probenstrom. Sekundärelektronen treten aus den äußersten Nanometern der Probe aus und liefern dadurch Oberflächenkontrastbilder. Aus den äußeren Mikrometern treten Rückstreuelektronen aus, die den Elementkontrast abbilden.
Außerdem tritt Röntgenstrahlung aus, die zur chemischen Elementanalyse und -verteilung heran-gezogen werden kann. Aus den äußeren Nanometern der Probe treten noch die langsamen Auger-Elektronen aus, die zur Analyse dünner Schichten genutzt werden. Durch den Primärelektronen-strahl entsteht außerdem noch Wärme.
Die austretenden Elektronen und die Röntgenstrahlung werden mit verschiedenen Detektoren gemessen und zur Erzeugung von Bildern und Analysespektren genutzt:

• Sekundärelektronen-Detektor zur Abbildung von Topographiekontrast
  
• Rückstrahlelektronen-Detektor zur Abbildung von Elementkontrast
  
• EDX-Detektor zur schnellen Elementanalyse und zur Abbildung der Elementverteilung
  
• WDX-Detektor zur Elementanalyse dünner Schichten
  
• Augerelektronen-Detektor zur Elementanalyse dünner Schichten.
  

Um gute Bilder zu erzeugen sind der Sekundärelektronen-Detektor und der Rückstrahlelektronen-Detektor wichtig.

Topographiekontrast
Elementkontrast


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Die bereits mit Wasser gesäuberten Schwämme werden mit einem Hammer zu relativ kleinen Bruchstücken zerteilt und mit Klebstoff (Ponal) auf kleinen Probentischchen befestigt. Untersucht werden die frischen Bruchflächen in einem Hochvakuum. Es sollte deshalb sichergestellt werden, daß der Klebstoff auch wirklich trocken ist, da den Proben sonst im REM die Flüssigkeit entzogen wird und sich Reste der Gase in der Probenkammer niederschlagen können, was nicht erwünscht ist. In einem Sputtergerät werden die Proben zuerst mit einer dünnen elektrischen Leitschicht aus einem Edelmetall überzogen, da die Gesteine an sich elektrische Isolatoren sind und den Probenstrom, den der Primärelektronenstrahl erzeugt, nicht ableiten können. Das Ergebnis wären dann überblendete oder dunkle Bildartefakte durch elektrische Aufladungen. Als Edelmetall wird unter anderem Gold verwendet, welches von einem Goldblech, dem Target, stammt und in einer Vakuumkammer mit Argongas-Atmosphäre ionisiert wird. Während der Sputterzeit setzt sich das Gold auf der Probe ab und bildet kleine Goldinseln, die nach kurzer Zeit zusammenwachsen und eine bis 200 nm dicke Schicht bilden. Mit goldbesputterten Proben lassen sich hochvergrößerte Aufnahmen erzielen, die bei guter Geräteeinstellung und geeignetem Probenmaterial gut bis 50000-fach reichen können. Die hier benutzten Vergrößerungen schwanken von 10-fach bis 1000-fach, wobei die Vergrößerungen zwischen 300- und 400-fach am häufigsten verwendet wurden. Zur Bilddokumentation am REM wurde eine Schwarzweiß-Kleinbildkamera verwendet, die über einer eigenen Photobildröhre angebracht ist. Außerdem besteht die Möglichkeit die Bilder digital aufzunehmen und direkt auf dem Computer zu speichern.

Abb. 12: Das Rasterelektronenmikroskop im Geologischen Institut der Universität Stuttgart

Abb. 13: Das Sputtergerät, um Proben für das Rasterelektronenmikroskop mit einer Goldschicht zu überziehen.