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位相差走査透過電子顕微鏡装置

国内特許コード P190016080
整理番号 (S2016-0479-N0)
掲載日 2019年5月24日
出願番号 特願2018-508074
出願日 平成29年3月28日(2017.3.28)
国際出願番号 JP2017012647
国際公開番号 WO2017170554
国際出願日 平成29年3月28日(2017.3.28)
国際公開日 平成29年10月5日(2017.10.5)
優先権データ
  • 特願2016-068958 (2016.3.30) JP
発明者
  • 永谷 幸則
出願人
  • 大学共同利用機関法人自然科学研究機構
発明の名称 位相差走査透過電子顕微鏡装置
発明の概要 【課題】 試料の電子線被曝を最小化し、所望のコントラストで試料の相変化を画像化可能な、取扱性に優れた位相差走査透過電子顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】 位相差走査透過電子顕微鏡装置は、電子銃31、照射光学系32、スキャンコイル33、収束光学系34、対物レンズ35、電子線の強度を検出する明視野検出器36を備えており、STEM焦点面より上流側において、フレネル・ゾーン・プレート40が、その焦点がSTEM焦点面に来る様に配置されており、これにより、当該プレートからの主プローブ波と参照波を含む電子線が、収束光学系34と対物レンズ35との間に置かれた試料物体50上に照射する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

透過電子顕微鏡は、薄い試料のナノメートルの構造を観察する等において広く用いられており、これは、試料に電子線を照射し、当該試料を透過した電子線を、検出器上に拡大投影し、試料内部の構造を透かし観る手法であり、試料物体内部の電子線の吸収度を反映した投影像が得られるものであり、例えば、以下の特許文献1により既に知られている。

かかる透過型電子顕微鏡において、特に、電子線の吸収が少なくコントラストの付きにくい無染色の生体軟組織や樹脂などを対象とする場合には、試料物体を透過する電子線の位相をコントラストに変換して観察する、所謂、位相差電子顕微鏡法や位相差走査透過電子顕微鏡法が用いられている。なお、一般的に、電子銃から放出された電子線を走査しながら被検査対象である試料を観察する、所謂、走査透過電子顕微鏡装置については、例えば、以下の特許文献2によって既に知られている。

産業上の利用分野

本発明は、透過電子顕微鏡装置に関し、特に、電子線を走査し、かつ、位相板を用いながら試料を観察する位相差式の走査透過電子顕微鏡装置(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
電子銃と、
前記電子銃から放射された電子線を収束する収束光学系と、
前記収束光学系からの電子線を試料に対して水平方向に走査するように偏向するためのスキャニング手段と、
前記スキャニング手段で偏向された電子線を前記試料に照射する対物レンズと、
前記試料を透過した電子線の強度を検出する手段とを備えた走査透過電子顕微鏡装置において、
前記電子銃と前記対物レンズの間の、対物レンズ前方焦点面とは異なった位置に配置され、前記電子銃から放射された電子線を予め設定された比率の主プローブ波と参照波に変換するビームスプリッタを備え、前記主プローブ波と参照波は異なった焦点位置をもっている電子波であることを特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項2】
前記請求項1に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記ビームスプリッタにより変換される前記主プローブ波と前記参照波との比率は0.25以上4以下であることを特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項3】
前記請求項2に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記ビームスプリッタは、フレネル・ゾーン・プレートを含むことを特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項4】
前記請求項3に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、前記電子線を少なくとも2つのビームに分波し、その一方を通過させて前記主プローブ波とし、他方を前記参照波として収束、あるいは、発散し、かつ、当該フレネル・ゾーン・プレートは、前記収束する参照波の焦点を結ぶ位置、あるいは、発散する参照波がレンズ系により焦点を結ぶ位置が、前記対物レンズの前記電子銃側の焦点と一致するように配置されていることを特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項5】
前記請求項4に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、前記電子線の全体を分波するように配置されていることを特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項6】
前記請求項4に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、前記電子線の一部を分波するように配置されていることを特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項7】
前記請求項4に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートと前記対物レンズの間に、1つ以上のレンズを設け、当該レンズを、前記フレネル・ゾーン・プレートが結ぶ焦点位置を、前記対物レンズの前記電子銃側の焦点と一致するように移動もしくは転送する位置に配置したことを特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項8】
前記請求項4に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、通過する前記主ブローブ波と、発散させる前記参照波とに分波する機能を持ち、更に、前記発散する参照波を収束させる少なくとも1つのレンズを設け、当該レンズを、備える事により、前記参照波の収束点と前記対物レンズの前記電子銃側の焦点とを一致させる位置に配置したことを特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項9】
前記請求項3に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、窒化ケイ素、アモルファス炭素もしくはグラフェンを素材とする薄膜の上に、電子線を吸収するタングステン、白金、金、銀、銅、鉛、鉄、亜鉛、錫、モリブデン、チタン、ニッケル又はアルミニウム、若しくは、それらの合金を素材とする同心円状の少なくとも1本以上の輪帯より構成されている事を特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項10】
前記請求項3に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、電子線を吸収するタングステン、白金、金、銀、銅、鉛、鉄、亜鉛、錫、モリブデン、チタン、ニッケル又はアルミニウム、若しくは、それらの合金を素材とし、架橋部を備える同心円状の少なくとも1本以上の輪帯より構成される薄膜である事を特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項11】
前記請求項3に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、窒化ケイ素、アモルファス炭素もしくはグラフェンを素材とする薄膜の上に、電子線の位相をシフトする同心円状の少なくとも1本以上の輪帯状の溝より構成されている事を特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項12】
前記請求項9に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、更に、窒化ケイ素、アモルファス炭素もしくはグラフェンを素材とする薄膜の上に、電子線の位相をシフトする同心円状の少なくとも1本以上の輪帯状の溝より構成された吸収型フレネル・ゾーン・プレートを貼り合せた構成である事を特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。

【請求項13】
前記請求項11に記載した走査透過電子顕微鏡装置において、前記フレネル・ゾーン・プレートは、更に、その上に、窒化ケイ素、アモルファス炭素もしくはグラフェンを素材とする薄膜の上に、電子線を吸収するタングステン、白金、金、銀、銅、鉛、鉄、亜鉛、錫、モリブデン、チタン、ニッケル又はアルミニウム、若しくは、それらの合金を素材とする同心円状の少なくとも1本以上の輪帯を形成することにより構成している事を特徴とする位相差走査透過電子顕微鏡装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018508074thum.jpg
出願権利状態 公開


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