試験・調査報告

-1-走査型電子顕微鏡(SEM)は、試料に細く絞った電子ビームを照射し、二次的に発生する電子線を検出・増幅して試料の表面形態を表示する装置です。最近では汎用装置として利用されるようになったFE-SEMもまた、FieldEmission(電解放出)型のSEMですから、基本的な原理はSEMと同じです。では、あえて"FE"と区別している理由はどこにあるのか?と疑問に思うでしょうが、主に電子ビームを照射している部分(電子銃)の原理が異なっているのです。SEMとFE-SEMの電子銃の違いを図1に示します。SEMが高温加熱したフィラメントから発生する熱電子を照射しているのに対し、FE-SEMは陰極に電圧(引き出し電圧)を加えて電子を強制的に放出させています。電解放出された電子ビームは、細くて強い(明るい)ため、従来型のSEMと比べて高い分解能が得られます。従って、FE-SEMは、SEMよりも高倍率で観察することができるのです(図2)。観察倍率は装置によって異なりますが、実用的なスペックで言えば、FE-SEMは数十万倍、SEMは数万倍程度の拡大像が撮影できます。なお、電解放出型の電子銃には、針状タングステン電極を室温で用いるタイプ(冷陰極型)とその表面に酸化ジルコニウムなどの被覆を施し1500℃程度に加熱して使用するタイプ(ショットキー型)とがあります。前者は放出電子の熱的なゆらぎが小さく高分解能を有するため高倍率での観察に、後者はビーム電流が大きく、安定しているため、EDS分析やEBSD解析などの分析に適しています。フィラメント電圧FE-SEM観察.観察と分析/解析の原理と特長1<FE-SEM>試験・検査機器加速電圧引き出し電圧陽極加速電圧電子ビーム電子ビーム図1従来型電子銃(左)と電解放出型電子銃(右)ウェーネルト陽極フィラメントバイアス電圧陰極図2金蒸着粒子を高倍率観察した例撮影倍率:15万倍