7-1 光学顕微鏡 8-2 エレクトロニクス材料評価技術 途による分類 透過型顕微鏡 体組織の薄切切 や細胞 細菌など光を透過する物体の観察に いる 落射型顕微鏡 ( 反射型顕微鏡 ) 理 学部 材料機能 学科 属表 や半導体など 光を透過しない物体の観察に いる 岩 素顕 iwaya@meijo-u.ac.jp 電 線を使った結晶の評価法 透過電 顕微鏡 査電 顕微鏡 実体顕微鏡拡 像を 体的に ることができる顕微鏡 双眼鏡のように左右の光路が別々に構成されており 両眼で同時に標本を ることで サンプルを 体的に観察することができる 対物レンズとステージまでの距離が他の顕微鏡に べて い 1-1 光学顕微鏡 観察 法による分類 8-3 各測定法の特 (1) 8-4 明視野観察法 (BF:Bright Field microscopy) 暗視野観察法 (DF:Dark Field microscopy) 明視野測定法光学顕微鏡によるもっとも 般的な観察 法で 試料を透過または反射した光を観察する 視野全体が照明によって明るく える 微分 渉観察法 (DIC:Differential Interference Contrast microscopy) 蛍光観察法 (FL:Fluorescence microscopy) 暗視野測定法明視野観察では えにくい ウエハやガラスなど鏡 試料のキズ 微 段差を たせて観察することができる 特殊な照明で対物レンズには直接光を れず 側 から試料に光を当て 標本によって散乱 回折した光を観察する 暗い視野の中に試料の像だけが明るく輝いて える ニコンの HP から参照
各測定法の特 (2) 8-5 光学顕微鏡の分解能 8-6 微分 渉顕微鏡微 段差を 体的に可視化できる観察 法である 照明光が標本を通過する際に 試料の勾配のある部分で じる位相差を利 して 透明な試料の像に明暗のコントラストを付けて観察する 分解能 : 0.61 はレイリーが実験的に求めた値であり 実際は 0.5~1 の間で変化する 蛍光顕微鏡 般的に光源には輝度の い超 圧 銀灯を い 試料に蛍光を発光させるための光 ( 励起光 ( れいきこう ) を当てる 蛍光が暗い視野の中で光るので 検出能 が く 検出したい部位を特異的に識別できる 試料が ら光るという点が他の観察 法と きく異なる NA の の違い下の数字は 1mm に切ってある本数 光学顕微鏡の分解能 8-7 対物レンズの性能 8-8 顕微鏡の 的は 試料を細部に渡って 分に識別し 眼で えるように拡 することである このとき 微 な 2 点を 分けることのできる最 の距離を 分解能 と呼び この距離が近いほど 分解能ということになる 開 数 : レンズの分解能を求めるための指数 物体から対物レンズに 射する光線の光軸に対する最 度を θ 物体と対物レンズの間の媒質の屈折率を n ( レンズの屈折率ではない ) として 次の式で表される NA = n sin θ オリンパスの HP から参照
NA の違いによる分解能の違い 8-9 演習 般的に顕微鏡を いるときの分解能を めるために油等の液体を介することが良く いられる その理由を考え説明しなさい 8-10 開 数が 0.8 の対物レンズを使 して可視光観察を う場合 分解能を求めよ ( ただし可視光の波 は 550nm として計算しなさい ) 開 数は 同じ倍率であれば きければ きいほど分解能が くなります オリンパスの HP から参照 査型トンネル顕微鏡 Scanning tunnel microscopy (STM) 8-11 トンネル効果で原 を る! 査型トンネル顕微鏡 8-12 1982 年 G. Binning と H. Rohrer が発明 1986 年ノーベル物理学賞 Gerd Binnig Heinrich Rohrer 真空のエネルギー 物質 http://www12.plala.or.jp/ksp/solid/stm/
トンネル効果で原 を る! 査型トンネル顕微鏡 8-13 トンネル効果で原 を る! 査型トンネル顕微鏡 8-14 試料 物質 http://www12.plala.or.jp/ksp/solid/stm/ http://leonard.elec.muroran-it.ac.jp/lab/stm/stm_2.html トンネル効果で原 を る! 査型トンネル顕微鏡 8-15 詳細な測定原理 8-16 試料
STM の 8-17 演習 8-18 査トンネル電 顕微鏡において 試料との距離が 1nm から 2nm に変化した時 電流密度はどの程度変化するかを計算しなさい ただしと試料の平均仕事関数差は 3eV バイアス電圧 1V として計算しなさい 1nm 1.02E+06 A/m 2 2nm 9.5E-03 A/m 2 イリジウム製の機械研磨 タングステン製の電解研磨 トンネル効果で原 を る! 査トンネル顕微鏡 結晶中の原子の抜けるのも観察 8-19 原 間 顕微鏡 (Atomic force microscopy: AFM) 8-20 1985 年に G. Binning によって発明 1 個 1 個が原子 Gerd Binnig STM 像 Si(111) 7 7 http://www12.plala.or.jp/ksp/solid/stm/ と試料表 を微 な で接触させ カンチレバーのたわみ量が 定になるようにスキャンする の HP から引
AFM フォースカーブ 8-21 SEM AFM と STM の違い 7-22 SEM STM AFM 試料間に作用する吸着力や 試料の硬さに関する情報が得られる オリンパスの HP から引 測定原理 問題点 電 線を試料に照射し それをスキャンすることによって測定する 電 線の反射強度を測定することによって試料表 の状態を観察する 真空中で測定が必要絶縁性の材料の場合は表 コーティングが必要 属を試料表 をスキャンすることによって測定をする と試料を近づけることによってトンネル電流が流れるが そのトンネル電流を 定になるようにスキャンし の軌跡から試料表 の形状を再現する トンネル電流を測定するため 導電性がある試料である必要がある凹凸が きい試料の測定は難しい を試料表 をスキャンすることによって測定する 試料との原 間にはたらく をにレーザ光を照射し その反射光の偏光を測定することによって測定する プローブのサイズと形状により分解能が異なる凹凸が きい試料の場合は測定が難しい 分解能数 nm 原 レベル nm から原 レベル レーザ顕微鏡 8-23 レーザ顕微鏡の測定機構 8-24 共焦点レーザー顕微鏡は レーザー光を試料の特定の狭い範囲に焦点を合わせ 像を検出するそのため 光を全 に照射する 般の顕微鏡と違って厚い試料でもピントを合わせた画像を得ることが可能であるまた 試料の様々な箇所の画像をパソコン上で再構築することにより 三次元イメージを作成することが可能である オリンパスの HP から引
まとめ 8-25 試料の表 形状を計測するための 法を説明した * 各測定法の特 を確認すること