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 ツリガネニンジンの花粉 （株）テクネックス工房 大野輝昭 1 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 2 Tiny-SEMシリーズ Tiny-SEM 530 加速電圧：2ｋV,5kV 分解能： 30nm Mighty-8DX 加速電圧：2ｋV,17kV 分解能：8nm 3 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) 1972 mini-SEM（明石） 1974 JSM-P15（JEOL) 第一次小型SEMブーム 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) 第二次小型SEMブーム 2005 Miniscope（日立） 4 高圧電源へ Tiny-SEM構造図 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 第２コンデンサレンズ ピラニ真空計 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 5 電子銃 6 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 7 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 8 電子レンズ 9 永久磁石レンズの 動作原理 電子線 加速電圧 E=Eo E=Eo+ΔE N S 焦点面 10 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 11 永久磁石を使用した電子レンズ例（RCA) RCAの電子顕微鏡（1951） 磁石（Alnico V） 4本 出典：KLEMPERE； ELECTRON OPTICS （1953） 12 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) 13 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) 14 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 ・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 15 試料微動、検出 器 16 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 • 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 17 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 18 530分解能 19 Mighty-8DX 分解能 1710分解能写真 20 モルフォ蝶の色の不思議（構造色） 21 スギ花粉と抗原 22 応用例１ カーボンナノチューブ CMC 23 応用例２ コピー用紙（無蒸着） 小麦粉（無蒸着） 24 応用例３ (低加速電圧) 2kV スギ花粉（無蒸着） 5kV Ｘ2000 Ｘ6000 25 26 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） 27 元素マッピング（最大8元素同時） サンプル（鉛はんだ） 28 アスベスト分析 29 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 30 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 31 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。 32
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