明日の科学と社会の発展に貢献する計測 分析技術 収差補正器の STEM(HD-27),TEM(HF-33S), 1.2 MV FIRST プログラム向け開発, そして将来への展望 Prof. Dr. Max. Haider Dr. Heiko Müller [ 特集監修者抄録 ] 電子顕微鏡では, 電子レンズが持つ球面収差により, 分解能向上が長らく阻まれてきた 199 年代中盤にようやく, 成功し, 世界最高分解能の達成に大きく貢献した これらの開発では, 高電圧 超高電圧に対応した球面収差補正器の開発とともに, 電子顕微鏡本体も安定性を大幅に高 この球面収差を補正する装置が開発された しかし, 高加速電圧なSTEM TEM への搭載には多くの技術課題があった 日立製作所 日立ハイテクノロジーズでは, 球面収差補正器の実用化開発を進める CEOS 社と共同で, 球面収差補正器を搭載した 2 kv STEM,3 kv TEM める必要があり, 緊密な協力体制により, 技術課題を一つ一つ解決していった 本稿では,CEOS 社を創設し, 球面収差補正器の開発を率いてきた Max. Haider 氏に,CEOS 社と日立製作所 日立ハイテクノロジーズとの共同開発を総括していただ を開発し, 分解能の大幅な向上を実現した さらに 1.2 MV 原子分解能 ホログラフィー電子顕微鏡への搭載にも いた 1. Cs 1 2 kv TEM Transmission Electron Microscope 1 STEM Scanning Transmission Electron Microscope TEM/STEM Cs Microscopy & Microanalysis 23 STEM HD-27 2 1 Cs CsCcCs Cs Correct 2 STEM 3 C-FEG Cold Field-emission Gun 3 kvs TEM HF33S Lorentz 3 FIRST 1.2 MV HF33S 3 kv C-FEG 2. 2 kv STEM 2 Rose Cs 2 kv TEM 1 1 2 3 TEM Vol.98 No.5 34 35 27
Aperture Axial ray BTlt BSh DPH2 DP22 DP21 DPH1 DP1a HPol QPol DP11 DP12 Spec. plane 1 2 2 CL2 Field ray ADL HP2 TL22 TL21 HP1 TL1a Upper scan coil Lower scan coil OL pre OL post CL ADL OL TL HP DP, QP DP QP 1 STEM OL HP12 TL1 TL1a2 HP1 HP2 TL21 TL22 DP QP axial ray field ray TL1 2 2 1 STEMCs TEM STEM Cs 2 8 kv HD- 27 C-FEG 3 2 5 2 1 5 1 5.15.1.5 X nm.5.1 Cs 2 m E.35 ev Cc 1.55 mm E 2 kev.15.1.5.5.1 Y nm.15.15 pm 2 15 1 5 3 kv.3 ev FWHM 1 2 3 4 5 6 mrad a b Cs Cc EE 2 a 2 kv FWHME b 28 216.5
3 15 OL TL11 TL12 TL21 TL22 TL31 TL32 ADL1 mm 2 1 1 2 3 HP1 HP21 HP22 HP3 HP41 HP42 HP5 1 2 3 4 5 u u C c 6 1 15 5 1 15 Z mm 3 OL B-COR u u CcHP1/HP3/HP5 HP21/HP22 HP41/HP42 7 Z Z 62 3 SE Secondary Electron 4 3. 3 kv TEM aplanatic 2 TEM semi-aplanatic aplanatic 4 5 3 5 6 aplanatic 3HF33S TEM aplanatic 3 mrad 3 kv 7 pm 4 7 5 4k x 4k 8k x 8k HF33S 6 pm 7 pm 8 pm 4 1 5 4 3 kv4 s 38.3 nm -1 7 pm Vol.98 No.5 36 37 29
2 a 1 nm.5 nm.9 nm b 5 A 1G 6 kv 7 nma b Crocidolite asbestos fiber 8 HF33S 9 Pole Piece Lorentz Cs STEM in-situ labin-the-gap 8 TEM 5 nm 1 nm 1 6 Lorentz 5Å C. Gatel & E. Snoeck, CEMES-CNRS, Toulouse France Cs Lorentz 6 6 CEMES 7 E. Snoeck HF33S 4. DCOR Cold-FEG STEM 6 Lorentz Lorentz 7 Center for Materials Elaboration and Structural Studies 5. 1.2 MV Cs 212 FIRST TEM Cs Cs 8 in-situ lab-in-the-gap 3 216.5
2 CEOS Cs Lorentz 1 TEM FIRST CEOS 1 4 1 Lorentz 7 44 pm 9 GaN 114 9 44 pm 43 pm 97 6-7 48-42 215.7 a b c B A 44 pm A 2 pm N Ga 44 pm B 1 M. Haider, et al.: Electron Microscopy Image Enhanced, Nature, 392, pp. 768-769 1998 2 H. Rose: Outline of a Spherically Corrected Semiaplanatic Medium-voltage Transmission Electron-microscope, Optik, 85 1, pp. 19-24 199 3 K. Nakamura, et al.: Hitachi s Spherical Aberration Corrected STEM: HD-27, Hitachi Review 56, pp. 34-38 Aug. 27 4 Y. Zhu, et al.: Imaging Single Atoms Using Secondary Electrons with an Aberration-corrected Electron Microscope, Nature Materials, 8 1, pp. 88-812 29, Y. Zhu et al.: Imaging Single Atoms Using Secondary Electrons with an Aberration-corrected Electron Microscope, Nature Materials 8, pp. 88 812 29 5 M. Haider, et al.: Present and Future Hexapole Aberration Correctors for Highresolution Electron Microscopy, Advances in Imaging and Electron Physics, 153, pp. 43-12 28. 6 H. Müller, et al.: Aplanatic Imaging Systems for the Transmission Electron Microscope, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 645 1, pp. 2-27 211 7 I. Maßmann, et al.: Realization of the First Aplanatic Transmission Electron Microscope, Microscopy and Microanalysis, 17 S2, p. 127 211 8 H. Müller, et al.: Advancing the Hexapole Cs-corrector for the Scanning Transmission Electron Microscope, Microscopy and Microanalysis, 12 6, pp. 442-455 26 9 T. Sato, et al.: Hitachi s High-end Analytical Electron Microscope: HF-33, Hitachi Review 57, pp. 132-135 Jun. 28 1 T. Akashi, et al.: Aberration Corrected 1.2-MV Cold Field-emission Transmission Electron Microscope with a Sub-5-pm Resolution, Applied Physics Letters, 16 7, 7411 215 A B 7 GaN Ga a GaN 411 TEM44 pm Ga b c b A BGa Ga T. Akashi, et al., Appl. Phys Let. 16 7, 7411, 215 Prof. Dr. Max. Haider CEOS Dr. Heiko Müller CEOS Vol.98 No.5 38 39 31