透過型電子顕微鏡（TEM）
透過型電子顕微鏡（TEM：Transmission Electron Microscope）
薄く加工した試料に電子線を照射し、透過あるいは回折した電子線を結像することで、試料の微細構造を観察することができることから、各種工業材料、半導体の構造、機能、不良・欠陥などの評価・解析に有効です。高倍率観察では、結晶中の原子の並び（格子縞）を見ることができます（格子像）。また、多結晶の観察や結晶の欠陥等の観察も可能です。さらに、電子線回折図形から、物質の同定や結晶状態の解析を行うことができます。
- 非常に微細な構造を観察できます。
- 元素分析を行うことが可能です。
- 元素マッピングを得ることができます。
FEI製 TECNAI F20
透過型電子顕微鏡の動作原理
原理
薄く加工した試料に電子線を照射し、透過あるいは回折した電子線を結像することで、試料の微細構造を観察することができます。
高倍率観察では、結晶中の原子の並び（格子縞）を見ることができます（格子像）。また、多結晶の観察や結晶の欠陥等の観察も可能です。さらに、電子線回折図形から、物質の同定や結晶状態の解析を行うことができます。
物質は、電子が照射されると、元素特有のX線（特性X線）を放出します。このX線のエネルギーを解析することにより、元素を同定することができます（エネルギー分散X線分光分析:EDX分析）。
電子線を細く絞って走査することにより、元素毎の分布を見ることもできます（面分析）。
また、電子線を一点に数十秒照射し、放出されたX線の強度を解析することにより、元素量の比（組成）がわかります（定量分析）。
TEM装置仕様
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型格 |
項目 |
SPEC |
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Tecnai F20 |
観察倍率 |
5,000倍～500,000倍 |
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サンプルサイズ |
φ3 mm (ただし観察範囲は最低倍率で□10 μm、厚さは0.5 μm以下) |
分析事例
カーボンナノチューブのTEM観察
カーボンナノチューブ（CNT）は、配線材料・半導体材料等さまざまな分野への応用が期待されています。TEM観察により、カーボンナノチューブの層構造等を調査することができます。
写真は、マルチウォールナノチューブ（MWNT）です。
磁気ヘッドの元素分析
エネルギー分散X線分光による各種元素の面分析結果
TMR膜（磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜）近傍層構成が、下から NiFe/Ta/NiCr/PtMn/CoFe/Ru/CoFe/MgO/CoFe/Ru/Ta/Ru/Ta/NiFe であることが確認できます。
ヘッド素子断面のTEM像（赤枠部分がTMR膜近傍層）
銅ビア断面TEM観察
LSIの0.5μm径銅ビアの断面TEM
厚さ10nm（ナノメートル）のCVD-TiN（化学気相成長させた窒化チタン）バリヤ膜が
ビアの側壁と底面に均一に形成されていることが確認できます。
Ta2O5を用いたMOS構造断面
[110]入射なので、Si（シリコン）基板部に見える格子縞は{111}面で、格子間隔は0.31nm。
これにより、SiO2（酸化シリコン）層、Ta2O5（酸化タンタル）層の厚さを正確に測定することができます。
