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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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

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。