走査型共焦点電子顕微鏡

走査型共焦点電子顕微鏡（SCEM）は、走査型共焦点光学顕微鏡（SCOM）に類似した電子顕微鏡技術です。この技術では、走査透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡などの他の走査型顕微鏡技術と同様に、研究対象の試料は集束した電子ビームで照射されます。しかし、SCEMでは、集光光学系が照射光学系と対称に配置されており、ビーム焦点を通過する電子のみを集光します。これにより、画像化の深さ分解能が向上します。この技術は比較的新しいもので、現在も活発に開発が進められています。

歴史

SCEMのアイデアはSCOMから論理的に導かれるため、かなり古いものです。しかし、走査型共焦点電子顕微鏡の実用的な設計と構築は複雑な問題であり、Nestor J. Zaluzecによって初めて解決されました。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]彼の最初の走査型共焦点電子顕微鏡はSCEMの3D特性を実証しましたが、高エネルギー電子で達成可能なサブナノメートルの横方向空間分解能は実現されていません（横方向分解能は約80 nmしか実証されていません）。現在、いくつかのグループが原子分解能SCEMの構築に取り組んでいます。[ 5 ]特に、原子分解能SCEM像は既に得られています[ 6 ] [ 7 ]

手術

SCEMの概略図

試料は集束された電子ビームで照射され、ビームは検出器上で再集束され、焦点を通過した電子のみが収集されます。画像を生成するためには、ビームを横方向に走査する必要があります。当初の設計では、同期した走査偏向器とデスキャン偏向器を配置することでこれを実現していました。このような設計は複雑であり、特注のセットアップはごくわずかしか存在しません。別のアプローチは、照明と集光は固定し、高精度のピエゾ制御ホルダーを使用して試料を移動させることで走査を行う方法です。このようなホルダーは容易に入手でき、ほとんどの市販電子顕微鏡に取り付けることができ、SCEMモードを実現できます。実用的なデモンストレーションとして、原子レベルで分解されたSCEM画像が記録されています。[ 6 ] [ 7 ]

利点

入射粒子の高エネルギー（200 keV 電子 vs. 2 eV 光子）により、SCEM の空間分解能は SCOM よりも はるかに高くなります（横方向分解能 <1 nm vs. >400 nm）。

従来の電子顕微鏡（TEM、STEM、SEM ）と比較して、SCEMは3次元イメージングを提供します。SCEMでの3Dイメージングは​​SCEMの共焦点形状から期待されており、最近、理論モデルによって確認されました。[ 8 ]特に、軽いマトリックス（アルミニウム）内の重い層（金）を深さ方向に約10nmの精度で識別できることが予測されています。この深さ分解能は電子ビームの収束角によって制限され、2つの5次球面収差補正器を備えた次世代電子顕微鏡では数ナノメートルまで向上する可能性があります。[ 9 ]

参照

参考文献

  1. ^ Zaluzec, NJ (2003)「走査型共焦点電子顕微鏡」米国特許6,548,810
  2. ^ Zaluzec, NJ (2003). 「走査型共焦点電子顕微鏡」（PDF） . Microsc. Today . 11 (6): 8. doi : 10.1017/S1551929500053384 . S2CID  136126207 .
  3. ^ Zaluzec, NJ (2007). 「走査型共焦点電子顕微鏡法」. Microsc. Microanal . 13 : 1560. doi : 10.1017/S1431927607074004 . S2CID 232391298 . 
  4. ^ Frigo, SP; Levine, ZH & Zaluzec, NJ (2002). 「走査型共焦点電子顕微鏡を用いた埋め込み集積回路構造のサブミクロン画像化」. Appl. Phys. Lett . 81 (11): 2112. Bibcode : 2002ApPhL..81.2112F . doi : 10.1063/1.1506010 .
  5. ^三石 健; 竹口 正之 (2014年8月28日). 「走査型共焦点電子顕微鏡」.ナノマテリアルの走査型透過電子顕微鏡法. インペリアル・カレッジ・プレス. pp.  345– 382. doi : 10.1142/9781848167902_0011 .
  6. ^ a b橋本彩子;竹口正樹；下條正幸；三石一隆；田中美代子。古谷和夫（2008）。「共焦点走査型透過電子顕微鏡用ステージ走査システムの開発」EJ.サーフィン。科学。ナノテク。6 : 111–114。土井: 10.1380/ejssnt.2008.111。
  7. ^ a b Takeguchi, M.; Hashimoto, A.; Shimojo, M.; Mitsuishi, K.; Furuya, K. (2008). 「高解像度共焦点STEM用ステージ走査システムの開発」. Journal of Electron Microscopy . 57 (4): 123– 127. doi : 10.1093/jmicro/dfn010 . PMID 18603569 . 
  8. ^三石 健; イアコウボフスキー 健; 竹口 正; 下條 正; 橋本 明; 古谷 健 (2008). 「ブロッホ波に基づく高解像度走査型共焦点電子顕微鏡の結像特性の計算」Ultramicroscopy . 108 (9): 981–8 . doi : 10.1016/j.ultramic.2008.04.005 . PMID 18519159 . 
  9. ^ Nellist, PD ; Behan, G.; Kirkland, AI; Hetherington, CJD; et al. (2006). 「2つの収差補正装置を備えた透過型電子顕微鏡の共焦点動作」. Appl. Phys. Lett . 89 (12): 124105. Bibcode : 2006ApPhL..89l4105N . doi : 10.1063/1.2356699 .
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