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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
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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
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Tiny-SEM シリーズ
Tiny-SEM 530
加速電圧: 2 k V,5kV
分解能: 30nm
Mighty-8DX
加速電圧: 2 k V,17kV
分解能: 8nm
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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)
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
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5ダイアフラムポンプ
第1コンデンサレンズ
第2コンデンサレンズ
電子銃
ピラニ真空計
TMP
試料室
2次電子検出器
アノード
コンデンサ絞り
対物絞り
フィラメント
対物レンズ
高圧電源へ
ウェネルト
ガンアライメント用ノブ
Tiny-SEM 構造図
第2コンデンサレンズ
偏向コイル
サンプル
ガンモニタコイル
ターボ分子ポンプ
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電子銃
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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
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ガンモニタ機能(フィラメントイメージ)
フィラメントの飽和
軸出し
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電子レンズ
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E=EoE=Eo+ΔE
N
S
電子線 加速電圧
焦点面
永久磁石レンズの動作原理
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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
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永久磁石を使用した電子レンズ例( RCA)
出典: KLEMPERE ; ELECTRON OPTICS ( 1953 )
RCA の電子顕微鏡( 1951 )磁石( Alnico V ) 4 本
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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 (195 7 )
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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 (195 7 ) P.W.Hawkes : Topics in Current Physics:Magnetic Electron Lenses(1982)
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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
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試料微動、検出器
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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
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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
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530 分解能
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Mighty-8DX 分解能
1710分解能写真
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モルフォ蝶の色の不思議(構造色)
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スギ花粉と抗原
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応用例1カーボンナノチューブ
CMC
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応用例2コピー用紙(無蒸着)
小麦粉(無蒸着)
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応用例3 (低加速電圧 )
2kV 5kV
スギ花粉(無蒸着)
X 2000
X 6000
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高分解能スペクトル
・ Si-PIN 検出器; 11Na以上( 150eV ) SDD 検出器;6 C以上( 135eV )
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元素マッピング(最大 8元素同時)
サンプル(鉛はんだ)サンプル(鉛はんだ)
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アスベスト分析
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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
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カスタマイズ例
予備排気付き
試料交換装置
マニュピュレータ
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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。