TEM/STEM ｜透過型電子顕微鏡分析

分析概略

TEM/STEMは電子ビームを使用してサンプルを画像化する分析手法です。 TEM/STEMの空間分解能は約1〜2Åです。高エネルギー電子（80〜200 keV）は、電子透過性サンプル（〜100 nmの厚さ）を透過します。TEM/STEMの空間分解能はSEMより優れていますが、多くの場合複雑なサンプル調製が必要です。また、近年ではSTEMに球面収差補正レンズを搭載したAC-STEM（CS補正機能付きSTEM）により従来のSTEMよりも高分解能での分析が可能になりました。

EAG LaboratoriesではTEM/STEMを20台以上所有し、試料作製用のFIB-SEMを30台以上所有しています。また、元素分析を行うEDS/EELSも複数台所有しています。分析に充分な設備数を所有しているため、TEM/STEM分析は常に短納期でご対応することが可能になっています（標準納期：6～8営業日/特急納期：お問合せ）。

※ TEM/STEM（透過型電子顕微鏡/走査型透過型電子顕微鏡）
　（Transmission Electron Microscope/Scanning transmission electron microscope）

対象分野

半導体・エレクトロニクス・自動車・航空宇宙・鉄鋼・先端材料・エネルギー・メディカルデバイス

用途事例

超高分解能分析	結晶情報	ナノ領域での組成分析
超薄膜分析原子オーダーでの構造解析	結晶欠陥グレインサイズ物質同定（電子線回折測定）	パーティクル・薄膜中の元素同定面分析による元素分布の確認物質同定（EELS）

対象試料の事例

Ⅲ-Ⅴ・GaN系薄膜・デバイスの断面構造観察及び元素分析
Si系薄膜・デバイスの断面構造観察及び元素分析
その他各種固体材料の形態・構造観察
燃料電池触媒の観察
有機EL素子等、有機デバイスの構造評価

原理/特徴

試料をFIB-SEMなどで薄片化し、薄片試料に電子線を照射します。試料から透過した電子線の透過分布から高分解能像を得たり、結晶情報、組成情報、電子線回折により試料の構造情報を得ることができます。

ナノスケールレベルの分解能で構造・形態観察
元素像の高分解能マッピング
格子像観察
Ｚコントラスト像観像
原子スケールの観察像（AC-STEM）

光路構成

比較：TEMとSTEMの違い

TEM	STEM
回折コントラスト（散乱コントラスト）が得意なため結晶性に関する情報取得に長けている	HAADF像（Z（原子番号）コントラスト像）が取得可能ドーナツ型の検出器を使用するので、回折コントラストの影響はかなり弱められ組成コントラスト取得に長けている

観察事例：サファイア基板上のGaN膜（同一試料をTEMとSTEMで観察し比較）

観察事例：サファイア基板上のGaN膜（図1：TEM像/図2：HAADF像（Zコントラスト）

図1では、界面に存在するひずみによるコントラスト・欠陥の様子が良く分かる一方、基板とGaN膜自体では明確にはコントラストの差は認識できません。一方図2では図1で見られた欠陥、基板界面のひずみといった回折コントラストに起因するコントラストはほとんど見られていません。その代わり、基板とGaN膜そのもののといった組成の違いによるコントラスト差ははっきりついているのが分かります。

このようにTEMは回折コントラスト（結晶に起因）に起因する分析（例：欠陥評価、電子線回折測定、グレインサイズの評価など）に向いており、STEMは組成に起因するコントラストに関係分析（例：化合物半導体の積層構造の確認など）に用いると有効であることが分かります。

また、STEMは電子線プローブを走査できることから、EDS/EELSといった面分析を行えること、TEMに比べると比較的、薄片試料厚さが厚くても像の確認ができます。そのため、故障解析などで薄片試料を少し厚めにして作製し（内部に異常部を挟み込むように）観察するようなケースにも多く利用可能です。