走査型電子顕微鏡（参考）

（分析機器総覧1993より引用）

原理

真空中においた固体試料表面に3～10 nm程度に細く絞った電子線を照射して発生する二次電子、 反射電子、吸収電子、透過電子、カソードルミネッセンス(可視光、赤外線)、X線、内部起電力などを検出し、 微細構造、元素分析等の情報をブラウン管面上に拡大表示したり、 記録計に記録する装置が走査形電子顕微鏡である。 走査形電子顕微鏡は主に試料表面から発生する二次電子を信号として、 肉眼や光学顕微鏡では観察できない試料表面上の微細構造を知るための手段として使用されることが一般的であるが、 試料表面の微小領域の元素の分布や定性、定量分析にも多く使用されている。 走査形電子顕微鏡の原理構成例を図1に示す。 電子銃内に装着されている陰極(フィラメント)を加熱あるいは電子銃直下に正の電位を印加するとフィラメントの先端から電子線が放出される。 つぎに、この電子線は陽極によって加速され、鏡筒部内の磁界レンズによって最終的に3～10 nmまで縮小され試料表面に照射される。 このように縮小された電子線の束を電子プローブと呼ぶ。 さらに、この電子プローブは走査コイルによって試料表面上を通常のテレビジョンと同様にあらかじめ設定した面積を走査される。 そして、試料表面上の電子プローブの各照射点 (試料表面上の設定した面積を1000² ～2500²点に分割する)から上述した信号が発生し、 それぞれの信号に適応した検出器で検出、さらに増幅され、陰極線管に送られる。 一方、試料表面上の電子プローブの走査と同期して、陰極線管の電子ビームが走査され、 送られてきた信号の量に応じて陰極線管面の輝度が変調される。 すなわち、信号量の多い程陰極線管面が明るくなる。 そして、陰極線管に表示された像を通常のカメラで撮影するのが一般的である。

特徴

走査形電子顕微鏡は光学顕微鏡に比べて、得られる像の焦点深度が深く、かつ、2桁以上高い分解能(最高3 nm)の像が得られる。 したがって、光学顕微鏡より高い倍率で、しかも立体感のある像となる。 この像の解釈は見たままで判断できることが多い。 また、一つの装置で前述した多種の情報が得られることは他の装置にない特徴であリ、 これらに関連する試料作製法が生物試料以外のものであれば比較的容易である。

用途

試料は固体であれば試料の微細な構造の観察が可能であり、金属の破断面や表面の観察、 金属試料中の介在物の元素分析をはじめとして、セラミックス、高分子材料などの微細構造の観察によって、 その試料の欠陥部の解明や特性解析に利用される。 さらに半導体素子が設計通りに動作しているか電圧分布での確認は走査形電子顕微鏡以外の装置では困難なため多く利用される。 また、生物試料は特別な試料作製法を必要とするが、微細構造を三次元的に観察するために多く利用されている。