永久磁石レンズを使った卓上型走査電子顕微鏡 Tiny-SEM の紹介

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【DFTB】NO/Pt(111)のconstant current STM像
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永久磁石レンズを使った卓上型走査電子顕微鏡 Tiny-SEM の紹介 (株)テクネックス工房 大野輝昭 ツリガネニンジンの花粉

Tiny-SEMの設計方針 現場で使える(卓上型) 価格がリーズナブル 光顕のような手軽さ(永久磁石レンズ) 基本性能は落とさない 目的に応じてカスタマイズしやすい

Tiny-SEMシリーズ Mighty-8DX Tiny-SEM 530 加速電圧:2kV,5kV 分解能: 30nm

小型走査電子顕微鏡の歴史 1939 電顕小委員会(電顕開発のはじまり) 1966 商用SEM国産1号機(JEOL) 1939 電顕小委員会(電顕開発のはじまり) 1966 商用SEM国産1号機(JEOL) 1972 mini-SEM(明石) 1974 JSM-P15(JEOL) 1976 S-310 FE-SEM(日立) 2002 Tiny-SEM (テクネックス工房) 2002 VE-7800(キーエンス) 2004 Carryscope(JEOL) 2005 Miniscope(日立) 第一次小型SEMブーム 第二次小型SEMブーム

Tiny-SEM構造図 高圧電源へ ガンアライメント用ノブ フィラメント 電子銃 ウェネルト ガンモニタコイル アノード 第1コンデンサレンズ コンデンサ絞り ターボ分子ポンプ ピラニ真空計 第2コンデンサレンズ 第2コンデンサレンズ 対物絞り 偏向コイル TMP 2次電子検出器 対物レンズ 試料室 サンプル ダイアフラムポンプ

電子銃

電子銃 従来の汎用小型SEM Tiny-SEM 交換方法 ベースごと使い捨て リサイクル方式 線材のみ交換 コスト 割高 非常に低コスト

ガンモニタ機能 (フィラメントイメージ) 軸出し フィラメントの飽和

電子レンズ

電子線 加速電圧 永久磁石レンズの 動作原理 E=Eo E=Eo+ΔE N S 焦点面

永久磁石の作る磁場 出典:KLEMPERE; ELECTRON OPTICS (1953) 参考ソフトウェア:http://www.technex.co.jp EXCELによる磁界型レンズの焦点距離、収差係数(球面、色)の計算

永久磁石を使用した電子レンズ例(RCA) 磁石(Alnico V) 4本 出典:KLEMPERE; ELECTRON OPTICS (1953)

永久磁石を使用した電子レンズ例(日立製作所) 出典: 木村 :日立評論 39,3 (1957)

永久磁石を使用した電子顕微鏡例(日立製作所) 出典:木村:日立評論 39,3 (1957)                                  P.W.Hawkes :Topics in Current Physics:Magnetic Electron Lenses(1982)

電子レンズ 従来の汎用小型SEM Tiny-SEM 種類 電磁レンズ 永久磁石レンズ 特徴 ・高性能定電流電源必要 収差が出やすい  収差が出やすい ・サイズ、重量大 ・発熱対策 ・コスト高 ・電源不要  電源による収差なし ・サイズ、重量非常に小  交換レンズ可能 ・発熱なし ・低コスト ・非点収差合わせ容易 ・像が無回転

試料微動、検出器

試料微動、検出器 ユーセントリックステージ(傾斜容易) 高角度傾斜可能 振動に強い フィードスルー 取付可能   取付可能 高感度二次電子検出感度   深い焦点深度;ステレオ写真   チャージアップが少ない;無蒸着観察

制御ユニット 基本機能に限定 アナログ主体の操作系 デジカメ感覚 CFカード保存 PC画像取込みインター フェイス(USB) 電子ビーム制御(DBC)可能

530分解能

Mighty-8DX 分解能 1710分解能写真

モルフォ蝶の色の不思議(構造色)

スギ花粉と抗原

応用例1 カーボンナノチューブ CMC

応用例2 コピー用紙(無蒸着) 小麦粉(無蒸着) 

応用例3 (低加速電圧) スギ花粉(無蒸着) 2kV 5kV X2000 X6000

高分解能スペクトル ・Si-PIN検出器; 11Na以上(150eV) SDD検出器;6C以上(135eV)

元素マッピング(最大8元素同時)           サンプル(鉛はんだ) 

アスベスト分析

実際の使われ方 現場でのSEM観察 特別な場所、設備必要なし 見たいときにすぐに見られる 高級FE-SEMを使用する前の事前チェック  大型、小型の役割分担で効率アップ カスタマイズ  改造自由自在 

カスタマイズ例 マニュピュレータ 予備排気付き 試料交換装置

小型化による特徴 1.検出感度が高い 2.チャージアップ現象が少ない 3.焦点深度が深い 4.振動に強い 5.非点収差補正がしやすい 6.消費電力が少ない 7.改造しやすい Tiny-SEMには、小型装置ならではのメリットが最大限に盛り込まれています。