TEM透過型電子顕微鏡
透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope, TEM）または透過型電子顕微鏡は、高エネルギー電子ビームを超薄サンプルに透過させて画像を形成する高解像度の顕微分析技術です。電子ビームの波長は可視光よりもはるかに小さいため、TEMの解像度はナノメートルさらには原子スケールに達し、材料内部の微細構造、格子配列、ナノスケールの欠陥を観察するための重要なツールとなります。
半導体製造プロセス、ナノ材料研究および電子部品の故障解析において、TEMは材料内部の構造、例えば結晶配列、界面構造、転位および結晶境界を直接観察することができ、さらにナノスケールの元素分析を行うことができます。TEMの高解像度画像と材料分析能力を通じて、研究者は材料特性と部品構造を深く理解することができ、先進的なプロセス開発と製品の信頼性評価において重要な役割を果たします。
透過型電子顕微鏡（TEM）は、高エネルギー電子ビームを使用して、厚さが非常に薄い試料（通常100nm未満）を透過させ、電子と材料原子との間の散乱および回折作用によって画像を形成します。電子ビームが試料を通過する際、透過電子、散乱電子、回折電子などの信号が生成され、電磁レンズシステムを介して焦点を合わせて画像化することで、材料の微細構造や結晶配列を観察できます。電子ビームの輝度と画像分解能を向上させるために、TEM装置は多くの場合、六ホウ化ランタン電子銃（LaB6）または電界放出電子銃（Field Emission Gun, FEG）を採用しています。電界放出電子銃は高輝度と低エネルギー分散の特性を持ち、TEM画像の分解能を原子レベルまで高めることができ、ナノ材料や格子構造を明確に観察することができます。
TEMはさまざまな材料分析技術と組み合わせることができ、これらの分析技術を通じて、TEMは高解像度の画像を提供するだけでなく、ナノスケールの元素分析や結晶構造解析も行うことができます。
-
エネルギー分散型X線分析装置、またはエネルギー分散X線スペクトロスコピー（Energy-dispersive X-ray spectroscopy、英語の略称にはEDS、EDX、EDXS、またはXEDSがある）
-
電子エネルギー損失分光法（Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS）
-
制限視野電子回折（Selected Area Electron Diffraction, SAED）
走査透過型電子顕微鏡（scanning transmission electron microscope, STEM）は、電子ビームスキャン機能と異なる検出器を組み合わせて画像を生成する技術です。組み合わせる検出器には、高角度環状暗視野検出器（HAADF, High-Angle Annular Dark Field）、低角度環状暗視野検出器（LAADF, Low-Angle Annular Dark Field）、明視野検出器（BF, Bright Field）などの画像技術があります。STEMはHAADF検出器と組み合わせることで、成分に関連する原子番号対比（Z-contrast）の画像を生成することができます。
近年、機器供給業者であるBruker、Thermo Fisher Scientific（旧FEI）、JEOLなどが、大面積EDX検出器と多検出器配置システムを開発し、元素検出効率を大幅に向上させ、元素検出感度は0.1%未満にまで低下し、TEMのナノスケール材料分析能力を大幅に向上させました。
- ナノ構造と格子観察：TEMはナノから原子スケールの材料の格子構造を直接観察でき、材料の結晶配列、転位（Dislocation）、 grain boundary（グレインバウンダリー）、および欠陥構造の分析に使用されます。
- 薄膜とインターフェース構造の分析：多層薄膜構造に対して高解像度の横断面観察を行い、金属層、誘電層、半導体材料の界面品質を分析することができます。
- 元素組成とナノスケール成分分析：EDXまたはEELS分析を通じて、ナノスケールの領域に対して元素の同定と分布分析を行い、材料の組成や汚染源を判断することができる。
- 半導体プロセス欠陥分析：先進プロセスデバイス内の微細欠陥、例えば格子欠陥、界面欠陥、またはナノスケールの材料変化を観察することができます。
- 材料研究とナノ材料分析：TEMはナノ材料、金属合金、薄膜材料および先進機能材料の研究において重要な応用価値を持っています。
MA-tekは半導体材料分析と失敗分析の分野に長年取り組んでおり、完全なTEM分析能力を確立しています。高解像度のTEM装置と完全な分析プラットフォームを通じて、MA-tekは材料の微細構造とナノスケールの欠陥を深く解析し、顧客の製品信頼性を向上させ、先進的なプロセス開発を加速することができます。
- 高解像度TEM分析能力：ナノから原子スケールの微細構造観察と格子分析を提供できます。
- 精密サンプル製造技術：FIBやイオン研磨などの技術を組み合わせることで、高品質の超薄試料を製作することができます。
- 先進元素分析プラットフォーム：EDXとEELS技術を組み合わせ、ナノスケールの材料成分と化学分析を提供します。
- クロステクノロジー統合分析能力：TEMはSEM、FIB、X線、SATおよび電気測定などの分析技術と統合することができ、完全な失敗分析プロセスを確立します。
-
高解析晶格構造観察（Atomic Resolution Imaging）
-
結晶回折分析（Selected Area Electron Diffraction, SAED）
-
微小領域元素分析（EDX / EDS）
-
ナノスケール元素分布分析（Elemental Mapping）
-
化学結合と電子構造分析（EELS）
TEM/EDX分析では、元素の比率は、試料の厚さの違いや元素の吸収効果、検出器の幾何的位置、電子ビームの散乱範囲など、さまざまな要因の影響を受ける可能性があります。そのため、EDX分析の結果は通常、元素組成の傾向判断に使用されます。理論的な比率に近づける必要がある場合は、試料の厚さ補正や標準試料補正を通じて調整を行うことができます。
1. 元素濃度は約5wt%以上であれば安定して検出可能です。
2. 高感度検出器と最適な分析条件下では、元素分析能力をさらに向上させることができます。
測定対象の材料の膜厚または結晶粒サイズが200nmを超える場合、SADを使用して結晶構造を分析できますが、結晶粒サイズが200nm未満の場合はナノビーム回折（Nanobeam Diffraction, NBD）に切り替えることができます。NBDの電子ビームサイズは約3〜5nmであり、ナノスケールの結晶構造分析に適しています。
