走査型電子顕微鏡（SEM）の原理と応用

走査型電子顕微鏡（SEM）の原理と応用

走査型電子顕微鏡の特徴
光学顕微鏡や透過型電子顕微鏡と比較すると、走査型電子顕微鏡には次のような特徴があります。
（i）試料表面の構造を直接観察することができ、試料サイズは120mm×80mm×50mmまで対応可能です。

(ii) サンプルを薄く切る必要がなく、サンプルの準備プロセスが簡単です。

（iii）サンプルはサンプルチャンバー内で３度の空間内で移動および回転することができるため、様々な角度からサンプルを観察することができる。

（iv）被写界深度が深く、立体感に富んだ画像が得られます。SEMの被写界深度は光学顕微鏡の数百倍、透過型電子顕微鏡の数十倍です。

（E）画像の拡大範囲が広く、解像度も比較的高い。数十倍から数十万倍まで拡大でき、基本的には拡大鏡、光学顕微鏡から透過型電子顕微鏡の拡大範囲までを含みます。光学顕微鏡と透過型電子顕微鏡の間の解像度は、最大3nmです。

（vi）電子線による試料の損傷や汚染が少ない。

（vii）形態を観察しながら、サンプルから放出される他の信号を利用して微小領域の組成分析を行うことができる。

走査型電子顕微鏡の構造と動作原理
(a) 構造1.バレル
バレルには電子銃、コンデンサーミラー、対物レンズ、走査系などが含まれており、非常に細い電子ビーム（直径数nm程度）を生成し、試料表面で電子ビームを走査させながら、さまざまな信号を励起する役割を担っています。

電子信号収集・処理システム
サンプルチャンバー内では、走査電子ビームがサンプルと相互作用して、二次電子、後方散乱電子、X線、吸収電子、オージェ電子など、さまざまな信号が生成されます。 上記の信号の中で最も重要なのは、入射電子によって励起されたサンプル原子の外側の電子である二次電子です。二次電子はサンプル表面から数nmから数十nmの領域で生成され、その生成率は主にサンプルの形態と組成に依存します。 走査電子顕微鏡画像は一般に二次電子画像と呼ばれ、サンプルの表面形態を研究するための最も有用な電子信号です。 二次電子検出検出器（図１５（２）のプローブはシンチレータであり、電子がシンチレータに当たると、その中で光が発生し、この光は光パイプによって光電子増倍管に伝送され、光信号は電流信号に変換され、その後、前置増幅器とビデオ増幅によって、電流信号は電圧信号に変換され、最終的に受像管のゲートに送られる。