EBSD-Simulation¶

Der EBSD-Simulator simuliert die mittels Elektronenrückstreubeugung (EBSD) in einem Rasterelektronenmikroskop (REM) erhaltenen Beugungsmuster — Kikuchi-Muster — anhand dynamisch-theoretischer Berechnungen. Er berechnet die Winkel-/Energie-/Tiefenverteilung der rückgestreuten Elektronen (BSE) mittels einer Monte-Carlo-Simulation, erstellt ein dynamisches (Bloch-Wellen-)Master-Muster des Kristalls und projiziert es für die aktuelle Kristallorientierung auf den Detektor. Ein experimentelles EBSD-Bild kann ebenfalls geladen und indiziert werden: Die Orientierung, die es am besten erklärt, wird automatisch gesucht (Experimentelles Bild).

Das Fenster besitzt drei Spalten.

Links : Simulationsbedingungen. Die Registerkarten wählen Geometrie (Proben-/Detektorgeometrie und eine 3D-Ansicht), BSE-Verteilung (Verteilungen der rückgestreuten Elektronen) und Overlays (Kikuchi-Linien und weitere Beschriftungen).
Mitte : das EBSD-(Kikuchi-)Muster für die aktuelle Kristallorientierung. Darunter wählen die Registerkarten Ausgabeparameter und Experimentelles Bild.
Rechts : das orientierungsunabhängige Master-Muster in den Registerkarten 2D und 3D.

Die Statusleiste am unteren Rand zeigt den Fortschritt der laufenden Berechnung und eine Zusammenfassung ihres Ergebnisses.

Tastatur- & Maus-Kurzbefehle¶

Die zentrale EBSD-(Kikuchi-)Musteransicht und die rechtsseitigen Master-Muster-Ansichten reagieren auf unterschiedliche Mausaktionen.

Kurzbefehl	Aktion
`F1`	Diese Seite des Online-Handbuchs öffnen
Muster nahe der Mitte links ziehen	Kristall kippen
Im äußeren Bereich des Musters links ziehen	Kristall drehen
Doppelklick auf das Muster	Die Detektor-Teilzelle unter dem Cursor auswählen und ihre Statistik anzeigen
Bilddatei auf das Fenster ziehen	Sie als experimentelles EBSD-Bild laden
In einer 3D-Ansicht (Geometrie / Master-Kugel) links ziehen	Drehen
Rechts ziehen oder Mausrad in einer 3D-Ansicht	Zoomen
`CTRL` + Rechtsdoppelklick in einer 3D-Ansicht	Orthografisch / perspektivisch umschalten
Ziehen / Mausrad auf dem 2D-Master-Muster	Bild verschieben / zoomen

Die 3D-Ansichten verwenden die standardmäßige Ansichtsnavigation von ReciPro (Verschieben deaktiviert).

→ Siehe 21. Tastatur- & Maus-Kurzbefehle für einen Überblick über alle Fenster.

Arbeitsablauf¶

Das Drücken von Master-Pattern erstellen führt die folgenden Schritte der Reihe nach aus.

Monte-Carlo-BSE-Simulation : Anhand der aktuellen Kristallzusammensetzung, Dichte, Beschleunigungsspannung und Probenkippung werden etwa 2,5 Millionen Elektronen innerhalb der Probe verfolgt (elastische Streuung: Mott/NIST-Wirkungsquerschnitte; inelastische Streuung: Modell der dielektrischen Antwort). Dies liefert die gemeinsame Verteilung von Eindringtiefe × Austrittsrichtung × Austrittsenergie der rückgestreuten Elektronen.
Automatische Bereichswahl : Aus dieser Verteilung werden der Energiebereich (von der Einfallsenergie bis etwa zum 80. Perzentil des Energieverlusts) und der Tiefenbereich (bis etwa zum 99. Perzentil der Eindringtiefe), die in der dynamischen Berechnung verwendet werden, automatisch festgelegt.
Master-Muster-Erstellung : Für jede Energie und Tiefe wird das dynamische Beugungsproblem (Bloch-Wellen) gelöst und über die Kugel der Richtungen integriert, gewichtet mit der Monte-Carlo-Verteilung, um die Rückstreubeugungsintensität in jeder Richtung zu liefern. Das Ergebnis wird auf einem flächentreuen (Rosca–Lambert-)Gitter gespeichert.
Projektion auf den Detektor, mit Gewichtung : Für die aktuelle Kristallorientierung wird die Intensität für die von jedem Detektorpixel aufgespannte Richtung im Master-Muster nachgeschlagen und als Kikuchi-Muster gezeichnet, optional gewichtet mit der BSE-Winkel-/Energieverteilung.

Die Energie- und Tiefenbereiche werden in den Schritten 1–2 automatisch festgelegt, können aber vor der Erstellung manuell angepasst werden.

Geometrie¶

SEM & Probenbedingungen¶

Energy : Beschleunigungsspannung des einfallenden Strahls (keV).
Wavelength : Elektronenwellenlänge, gekoppelt an Energy. Unit wählt Å oder nm.
Sample tilt : Probenkippwinkel (typisch −70°). Die starke Kippung bei EBSD erhöht die Ausbeute an rückgestreuten Elektronen.

EBSD-Geometrie¶

Der Detektor (Leuchtschirm) ist ein Rechteck, das durch eine Pixelzahl und eine Pixelgröße definiert ist.

Größe und Neigung : Tilt ist die Neigung der Detektorebene (°); Width und Height sind die Anzahl der Detektorpixel.
Auflösung : die physikalische Größe eines Detektorpixels (mm/px). Die physikalische Detektorgröße beträgt somit Width × Auflösung mal Height × Auflösung.
Koordinaten des Detektorzentrums : Position X, Y, Z der Detektormitte relativ zum Strahlauftreffpunkt (mm). Y und Z bestimmen zusammen mit der Neigung die Kameralänge; X ist der Links-rechts-Versatz.

Beim Laden eines experimentellen Bildes werden Width und Height auf die Bildgröße gesetzt, sodass ein Detektorpixel einem Bildpixel entspricht (Auflösung bleibt unverändert).

Die Geometrie lässt sich in der 3D-Ansicht auf der Registerkarte Geometrie inspizieren.

Die graue Platte ist die Probe, die grüne rechteckige Platte ist der Detektor, und das violette +Z (=beam) ist der einfallende Strahl. Die Kristallachsen a / b / c (fest mit der Probe verbunden) werden ebenfalls angezeigt. Die Schaltflächen Vogelperspektive, Flächennormale, X-Achse (Drehachse) und Z-Achse (Strahlrichtung) richten die Ansicht an Standardrichtungen aus. Siehe Anhang A1. Koordinatensysteme für die Definitionen der Koordinatensysteme.

BSE-Verteilung¶

Die Registerkarte BSE-Verteilung zeigt die Monte-Carlo-Verteilungen der rückgestreuten Elektronen. Verwenden Sie Simulieren, um sie neu zu berechnen.

Stereonet : Winkelverteilung (Histogramm der Austrittsrichtungen) der rückgestreuten Elektronen. Die Mitte ist die Oberflächennormalenrichtung, und die gelbe Umrandung markiert den vom Detektor aufgespannten rechteckigen Bereich. Achsen zeichnen überlagert die Kristallachsen, und die Farbskala (Min / Max, Resolution, Farbe) ist einstellbar.
ΔE (keV) : Energieverlustverteilung der rückgestreuten Elektronen.
Tiefe (nm) : Verteilung der Tiefe, in der die nachgewiesenen rückgestreuten Elektronen ihr letztes inelastisches Streuereignis hatten — dieselbe Tiefendefinition, die das Master-Muster gewichtet.

Diese Verteilungen werden von derselben Monte-Carlo-Engine wie bei Elektronenbahnen berechnet und dienen der Gewichtung des Master-Musters.

Overlays¶

Die Registerkarte Overlays konfiguriert die auf dem EBSD-Muster gezeichneten Beschriftungen.

Background color : Hintergrundfarbe.
Detektorumriss : die Detektorumrandung. Rahmen anzeigen (das gelbe Rechteck am Detektorrand) / Raster anzeigen (Teilungsgitter).
Kikuchi-Linien anzeigen : Kikuchi-Linien zeichnen. Linienbreite / Farbe sowie Strukturfaktoren auf Kikuchi-Linien-Intensität anwenden (jede Linie verblasst proportional zu ihrem Strukturfaktor in Richtung Hintergrund).
Kikuchi-Linien-Kriterien : welche Kikuchi-Linien gezeichnet werden: Strukturfaktor (Top N nach Strukturfaktor) oder 1/d-Grenzwert (jene mit 1/d unterhalb eines Schwellenwerts, nm⁻¹).
Kikuchi-Linien-Indizes anzeigen : Indizes der Kikuchi-Linien (Bänder) anzeigen.
Zonenachsen-Indizes anzeigen : Zonenachsenindizes anzeigen.
Texteinstellungen : Textgröße / Farbe der Indexbeschriftungen.

Master-Muster¶

Das Master-Muster ist die Rückstreubeugungsintensität über alle Richtungen, im Voraus durch die dynamische Theorie mit Master-Pattern erstellen berechnet (Stopp bricht die laufende Berechnung ab).

Registerkarte 2D : flächentreue (Lambert-)Projektion einer Halbkugel. Halbkugel wählt die projizierte Halbkugel (+Z / −Z).
Registerkarte 3D : eine Kugel mit darauf abgebildeter Intensität. Sie kann mit der Maus gedreht werden, und ein Einschub oben rechts zeigt die synchronisierten Kristallachsen (a/b/c). Achsenbeschriftungen / Achsenpfeile schalten die Beschriftungen/Pfeile um, und Blick entlang blickt entlang der daneben eingegebenen Zonenachse [u v w].
Energy / Depth-Schieberegler : wählen die als Vorschau angezeigte Energie-/Tiefenscheibe.
Jede Ansicht kann mit Kopieren in die Zwischenablage übertragen werden.

Dynamische Simulationsparameter¶

Number of diffracted waves : Anzahl der in die Bloch-Wellen-Berechnung einbezogenen gebeugten Strahlen (Wellen). Mehr Wellen sind genauer, aber langsamer.
Raster : Auflösung des Master-Muster-Gitters (Standard 256).
Energy from … to … with step of … : integrierter Energiebereich und Schrittweite (keV); aus dem Monte-Carlo-Ergebnis automatisch festgelegt.
Thickness from … to … with step of … : integrierter Tiefenbereich und Schrittweite (nm); ebenfalls automatisch festgelegt.
Nicht-lokale Absorption : die nicht-lokale Absorptionsform verwenden.
TDS-Hintergrund : den Untergrund der thermisch-diffusen Streuung (TDS) einbeziehen.

EBSD-Muster¶

Das zentrale Feld zeigt das EBSD-(Kikuchi-Band-)Muster für die aktuelle Kristallorientierung. Die Leiste über dem Muster steuert, was gezeichnet und wie kopiert wird.

Dynamisches EBSD : projiziert das erstellte Master-Muster auf den Detektor; deaktiviert bleibt nur der Hintergrund.
Overlays : zeichnet die auf der Registerkarte Overlays konfigurierten Kikuchi-Linien, Indizes und den Detektorumriss.
Experimentelles Bild : überlagert das geladene experimentelle Bild (siehe unten).
L-R spiegeln : spiegelt das Muster und alle Overlays links-rechts. Deaktiviert (Standard) ist die Ansicht vom Detektor zur Probe, also das Muster so, wie es eine EBSD-Kamera aufzeichnet; aktivieren Sie es nur, wenn Ihr experimentelles Bild die entgegengesetzte Händigkeit besitzt.
Resolution (mm/px) und Size (W×H) (px) : Auflösung und Größe der angezeigten Ansicht.
Kopieren : kopiert das Muster mit dem daneben gewählten Bereich und Format in die Zwischenablage.
Aktuelle Ansicht kopiert den derzeit angezeigten Bereich (mit Verschiebung und Zoom); Detektor kopiert nur den Detektorbereich, wobei der gelbe Rahmen entfällt, sodass das Bild genau am Detektorrand endet.
emf kopiert eine Enhanced Metafile und behält Kikuchi-Linien und Indexbeschriftungen als Vektoren bei; bmp rastert alles.
An Detektorauflösung anpassen kopiert mit einem Bildpixel je Detektorpixel (die längere Seite wird auf 4096 px begrenzt). Deaktiviert wird die Bildschirmauflösung verwendet.

Ausgabeparameter¶

Bild mit BSE-Winkel-/Energieverteilungen anzeigen : ist diese Option aktiviert, wird das Muster durch Gewichtung mit der BSE-Verteilung (Energie, Tiefe, Richtung) statt einer einzelnen Scheibe zusammengesetzt.
Energy / Depth : ist das Obige deaktiviert, wählt dies die anzuzeigende Energie-/Tiefenscheibe.
Helligkeit (Min / Max), Polarität, Farbe : Helligkeitsbereich, Polarität und Farbskala.

Experimentelles Bild¶

Ziehen Sie eine EBSD-Bilddatei (TIFF, PNG, BMP oder JPEG; 16-Bit-TIFF wird mit voller Tiefe gelesen) an eine beliebige Stelle des Fensters, um sie als experimentelles Muster zu laden. Sie wird über dem Detektorbereich gezeichnet — über dem simulierten Muster und unter den Kikuchi-Linien-Overlays — sodass sich Simulation und Messung direkt vergleichen lassen. Beim Laden werden außerdem Width und Height des Detektors auf die Bildgröße gesetzt.

Helligkeit (Min / Max) : Schwarz- und Weißpunkt des überlagerten Bildes als Anteil seines eigenen Intensitätsbereichs (logarithmische Schieberegler). Sie wirken nur auf das experimentelle Bild, nicht auf das simulierte Muster.
Deckkraft : Deckkraft des überlagerten Bildes, von 0 (unsichtbar) bis 100 % (undurchsichtig). Verringern Sie sie, um das darunterliegende simulierte Muster zu sehen.

Für die Suche nach der Orientierung, die das Bild erklärt, stehen zwei Verfahren zur Verfügung.

Radon-Suche : gleicht kinematische Kikuchi-Band-Vorlagen mit der Radon-Karte (Liniendetektion) des experimentellen Bildes ab. Sie funktioniert ohne Master-Muster; existiert eines, werden die Kandidaten anhand einer robusten ZNCC (mittelwertfreie normierte Kreuzkorrelation) gegen das simulierte Muster neu bewertet.
Wörterbuchsuche : erzeugt aus dem dynamischen Master-Muster Wörterbuchmuster für alle Orientierungen und vergleicht sie alle mittels robuster ZNCC. Sie erfordert das Master-Muster und dauert einige Sekunden, ist aber zuverlässiger als die Radon-Suche.

Orientierungskandidaten suchen führt das gewählte Verfahren aus und listet bis zu 10 Kandidaten, den besten zuerst; ist ein Master-Muster vorhanden, wird der beste Kandidat auf ±0,25° verfeinert. Die Spalten sind:

Spalte	Bedeutung
#	Rang (0 = bester)
Score	z-Wert der Radon-Bandevidenz
Bands	Übereinstimmende Bänder / vorhergesagte Bänder im Sichtfeld
ZNCC	Korrelation mit dem simulierten Muster
Strong bands (hkl)	Indizes der übereinstimmenden Bänder (nur Radon-Suche)

Ein Klick auf eine Zeile wendet diese Orientierung auf das gesamte Programm an, sodass das simulierte Muster über dem experimentellen neu gezeichnet wird und die Kristallorientierung aller anderen Fenster folgt.

Geometrie kalibrieren verfeinert die Detektorgeometrie — Musterzentrum (PC) und Detektorabstand (DD) — abwechselnd mit der Orientierung, indem die ZNCC zwischen simuliertem und experimentellem Muster maximiert wird. Es erfordert das Master-Muster, hält die Detektorneigung fest und schreibt das Ergebnis in die Felder Koordinaten des Detektorzentrums X/Y/Z zurück. Da der Strahlrastervorgang eines REM das Musterzentrum nur um Bruchteile eines Millimeters verschiebt, genügt in der Regel eine Kalibrierung zu Beginn eines Experiments für eine ganze Bildserie.

Siehe auch¶

Elektronenbahnen — Monte-Carlo-Elektronenbahn- / BSE-Simulation, die zur Winkel-/Energie-/Tiefengewichtung verwendet wird.
Beugungssimulator — dynamische (Bloch-Wellen-)Elektronenbeugung.
Anhang A1. Koordinatensysteme — Definitionen der Proben-/Detektorkoordinatensysteme.