材料内部の3D構造を“見る” TESCAN AMBER シリーズ FIB-SEMシステム

ライフサイエンス&マテリアルズ 出口 匡

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目次
  1. はじめに
  2. FIB-SEMによる3D解析
  3. Xeプラズマイオンビーム
  4. おわりに

今回ご紹介する製品は、マテリアル研究やデバイス故障解析などで多く使用されているTESCAN ORSAY HOLDING, a.s(. 以下TESCAN社)の、集束イオンビーム(FIB)と走査電子顕微鏡(SEM)が一体となったFIB-SEMシステムです。材料の微細組織を3次元的に観察する手法を主に紹介します。

はじめに

材料内部の微細構造を3 次元的に解析するニーズは年々高まっています。例えば電池材料の開発では、電極中の電子やイオンの通り道となる空隙の分布を知る必要があります。タイヤで用いられるゴム材料も、ポリマーや充填剤などの配置が低燃費化の度合いや耐摩耗性能を左右します。

しかし、3 次元の内部構造を直接観察できる顕微鏡はありません。

多くの場合は、3 次元の情報を得るために、たくさんの2次元のイメージを連続取得しそれらを結合させる手段を取ります。透過イメージの場合はトモグラフィ(断層撮像)法、反射イメージの場合はシリアルセクショニング法が採用されます。私たちの生活に身近な、医療で用いられるCTやMRIは前者のトモグラフィ法に該当します。ここで紹介するFIB-SEMシステムは、集束イオンビーム(FIB)と走査電子顕微鏡(SEM)が一体となった装置ですが、後者のシリアルセクショニング法によって3D 解析が行われます。FIBによる切削とSEMによる観察を繰り返し、連続取得された画像から3次元像の再構築を行います。これによりnm(ナノメートル)レベルの空間分解能で、数μm(マイクロメートル)からサブmm(ミリメートル)のスケールで3 次元情報を得ることができます。

近年のさまざまな技術の進化によって精密な連続画像の取得や再構成が容易になり、FIB-SEMは3D 解析ツールとしても広く使われるようになりました。特定箇所の故障解析や薄膜試料の作製だけでなく、3D 解析ツールとして材料科学、地球惑星科学、生命科学の研究分野において適用されています。

図1:FIB加工中のFIBとSEMのカラム配置(左)とシリアルセクショニング(右)の模式図

FIB-SEMによる3D解析

筆者紹介

ライフサイエンス&マテリアルズ

出口 匡

2019 年東陽テクニカ入社。1998年以来、各種顕微鏡や元素分析装置の営業・マーケティングに従事。現在は電子顕微鏡・集束イオンビーム装置の営業を担当。