กล้องจุลทรรศน์วิเคราะห์ความละเอียดระดับอะตอม GRAND ARM™ 3

เรือธงได้รับการพัฒนาไปอีกขั้น
GRAND ARM™ 3: เครื่องกระตุ้นหัวใจแบบ TEM ขนาด 300 kV
เปิดโลกทัศน์ใหม่แห่งการสังเกตและการวิเคราะห์

การพัฒนาร่วมกันระหว่าง JEOL และ CEOS GmbH ประเทศเยอรมนี ทำให้สามารถติดตั้งอุปกรณ์แก้ไขความคลาดเคลื่อนรุ่นล่าสุด ได้แก่ Large Aperture STEM Corrector (LASCOR) และ Advanced TEM Corrector (ATCOR) ใน GRAND ARM™ 3 ได้ ซึ่งช่วยให้สามารถสังเกตและวิเคราะห์ภายใต้มุมรูรับแสงที่กว้างกว่ารุ่นทั่วไป ส่งผลให้สามารถสังเกตและวิเคราะห์ด้วยความละเอียดสูงเป็นพิเศษอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ทั้งในโหมด STEM และ TEM
นอกจากนี้ การผสานระบบสแกนความเร็วสูงแบบใหม่เข้ากับ GRAND ARM™ 3 ทำให้สามารถบันทึกภาพ STEM ได้อย่างน้อย 30 เฟรมต่อวินาที การสังเกตและวิเคราะห์ปรากฏการณ์ไดนามิกในระดับอะตอมแบบเรียลไทม์ ซึ่งก่อนหน้านี้ยากต่อการศึกษาโดยใช้ STEM เปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับการวิจัยวัสดุ

คุณสมบัติ

ลาสคอร์ (LARGE Aช่องเปิด STEM CORอธิการบดี)

LASCOR ซึ่งเป็นตัวแก้ไขความคลาดเคลื่อนของ STEM ใช้ระบบอิเล็กตรอนออปติกแก้ไขความคลาดเคลื่อนแบบเฮกซาโพลสามขั้นตอน เพื่อขยายพื้นที่แก้ไขความคลาดเคลื่อนบน Ronchigram ในโหมด STEM อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้สามารถทำการสังเกตการณ์ที่มุมรวมแสงขนาดใหญ่ และได้ภาพ STEM ความละเอียดสูงด้วยข้อจำกัดการเลี้ยวเบนที่ลดลง นอกจากนี้ เนื่องจากความลึกของโฟกัสตื้นขึ้นเมื่อมุมรวมแสงขยายออก จึงสามารถทำการวิเคราะห์ความลึกของชิ้นงานด้วยความละเอียดสูงได้โดยการสังเกตการณ์ STEM ในขณะที่เปลี่ยนความยาวโฟกัสของเลนส์วัตถุทีละเล็กน้อย

ประสิทธิภาพ

• ความละเอียดของ HAADF-STEM:
49 pm หรือน้อยกว่าที่ 300 kV
76 pm หรือน้อยกว่าที่ 80 kV

• ช่วงมุมการแก้ไขความคลาดเคลื่อน:
มุมครึ่งหนึ่ง 85 มิลลิเรเดียนขึ้นไปที่ 300 กิโลโวลต์

พื้นที่เฟสที่เป็นมาตรฐานในรอนชิแกรม
(เปรียบเทียบกับตัวแก้ไขแบบทั่วไป)

LASCOR สามารถแก้ไขความคลาดเคลื่อนสามแฉกอันดับที่หก (D6) นอกเหนือจากความคลาดเคลื่อนสายตาเอียงหกเท่า (A5) ซึ่งยากต่อการแก้ไขด้วยเครื่องมือแก้ไขความคลาดเคลื่อนแบบเดิม สิ่งนี้ช่วยขยายช่วงมุมที่แก้ไขความคลาดเคลื่อนในภาพรอนคิแกรมในโหมด STEM จาก 35 มิลลิเรเดียนแบบเดิม เป็น 85 มิลลิเรเดียนหรือมากกว่านั้น

• (ก) การจัดเรียงทางแสงและแผนภาพรังสีของ LASCOR
• (b) ภาพรอนคิแกรมที่ได้จากเครื่อง LASCOR โดยใช้แรงดันเร่ง 300 kV
• (c) ภาพรอนชิแกรมที่มีแรงดันเร่ง 300 kV ได้มาด้วยตัวแก้ไขความคลาดเคลื่อนแบบเฮกซาโพลสองขั้นตอนทั่วไป

ภาพ STEM ความละเอียดสูง

ผลการประเมินความละเอียดของ HAADF-STEM ที่แรงดันเร่ง 300 kV และ 80 kV แสดงอยู่ด้านล่าง จุดสะท้อนที่สอดคล้องกับ 48.3 pm ที่ 300 kV และ 76 pm ที่ 80 kV ตามลำดับ สามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจน ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเครื่องมือนี้มีความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ยอดเยี่ยมในช่วงการทำงานที่กว้าง ตั้งแต่แรงดันเร่งต่ำไปจนถึงสูง

• (d) ภาพ HAADF-STEM ของผลึกเดี่ยว GaN [212] ที่ได้จากแรงดันเร่ง 300 kV
  (กระแสลำแสง: 23 pA, มุมกึ่งลู่เข้า: 46 mrad)
• (e) สเปกตรัมกำลังที่คำนวณได้ของภาพ STEM (d)
• (f) ภาพ HAADF-STEM ของผลึกเดี่ยว Ge [112] ที่ได้จากแรงดันเร่ง 80 kV
  (กระแสลำแสง: 23 pA, มุมกึ่งลู่เข้า: 46 mrad)
• (g) สเปกตรัมกำลังที่คำนวณได้ของภาพ STEM (f)

เอ.ที.คอร์ (Aเต้น TEM CORอธิการบดี)

ระบบ ATCOR (Advanced TEM Corrector) ใช้ระบบอิเล็กตรอนออปติกแก้ไขความคลาดเคลื่อนแบบเฮกซาโพลสองขั้นตอนที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม เพื่อแก้ไขความคลาดเคลื่อนแบบแอสติ๊กมาติซึมหกเท่า (A5) ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยตัวแก้ไขความคลาดเคลื่อนของ TEM แบบดั้งเดิม วิธีนี้ช่วยให้อิเล็กตรอนที่กระเจิงในมุมกว้างสามารถมีส่วนร่วมในการสร้างภาพได้โดยไม่ได้รับผลกระทบจากความคลาดเคลื่อน ช่วยปรับปรุงความละเอียดในโหมด TEM ในโหมดการเลี้ยวเบน ผลกระทบของความคลาดเคลื่อนต่ออิเล็กตรอนที่กระเจิงในมุมกว้างจะลดลง ดังนั้นจึงสามารถได้ภาพการเลี้ยวเบนที่มีการบิดเบือนน้อยลง

ประสิทธิภาพ

• ความละเอียดของโครงตาข่าย: 50 pm หรือน้อยกว่าที่ 300 kV

• ข้อจำกัดด้านข้อมูล: 60 pm หรือน้อยกว่าที่ 300 kV

การลดภาวะสายตาเอียงหกเท่า
(เปรียบเทียบกับตัวแก้ไขความคลาดเคลื่อนแบบดั้งเดิมโดยใช้ตารางไดฟแฟรกโตแกรม)

ATCOR สามารถแก้ไขความคลาดเคลื่อนได้ถึงลำดับที่ห้า จากการหมุนเฟสของความคลาดเคลื่อนแบบแอสติ๊กมาติซึมสองเท่าที่สังเกตได้ในแต่ละไดฟแฟรกโตแกรมที่ได้มาด้วยการเอียงลำแสงตกกระทบเกิน 60 มิลลิเรเดียน สามารถยืนยันได้ว่าความคลาดเคลื่อนแบบแอสติ๊กมาติซึมหกเท่า (A5) ลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้ ATCOR

• (h) การจัดเรียงทางแสงและแผนภาพรังสีของ ATCOR
• (i) ภาพไดฟแฟรกโตแกรมที่ได้จากการใช้แรงดันเร่ง 300 kV และมุมเอียง 70 mrad ที่ได้จากเครื่อง ATCOR
• (j) ภาพไดฟแฟรกโตแกรมที่ได้จากการใช้แรงดันเร่ง 300 kV และมุมเอียง 67.9 mrad โดยใช้ตัวแก้ไขความคลาดเคลื่อนของ TEM แบบดั้งเดิม

ภาพ TEM ความละเอียดสูง (ข้อจำกัดด้านข้อมูล)

ภาพลายเส้นของ Young ที่คำนวณจากภาพฟิล์มคาร์บอนอสัณฐานหนาที่ตกแต่งด้วยอนุภาคทองคำ ซึ่งบันทึกที่แรงดันเร่ง 300 kV แสดงอยู่ด้านล่าง การยืดตัวของลายเส้นบ่งชี้ว่าความถี่เชิงพื้นที่ที่สอดคล้องกับความละเอียดในพื้นที่จริงต่ำกว่า 60 pm ถูกส่งผ่าน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการแยกความละเอียดเชิงพื้นที่สูงของเครื่องมือ

• (k) ผลการวัดขีดจำกัดข้อมูลโดยใช้วิธี Young's fringe สำหรับฟิล์มคาร์บอนอสัณฐานหนาที่ตกแต่งด้วยอนุภาคทองคำที่แรงดันเร่ง 300 kV

ภาพ TEM ความละเอียดสูง (ความละเอียดของโครงตาข่าย)

ภาพ TEM ของ Au ในทิศทาง [100] ที่ได้จากแรงดันเร่ง 300 kV และสเปกตรัมกำลัง FFT แสดงไว้แล้ว โดยใช้ ATCOR จุดสะท้อนที่สอดคล้องกับ 50 pm สามารถสังเกตได้อย่างชัดเจน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเสถียรสูงของเครื่องมือนี้

• (I) ภาพ TEM ของผลึกเดี่ยว Au [100] ที่ได้จากแรงดันเร่ง 300 kV
• (m) สเปกตรัมกำลังที่คำนวณได้ของภาพ TEM (I)

การวิเคราะห์ EDS ด้วยความละเอียดและความไวสูงมาก

ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบดั้งเดิม หัววัดความละเอียดสูงสามารถลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหัววัดลงไปจนถึงระดับอะตอมได้ แต่กระแสหัววัดที่ต่ำจะลดความเข้มของรังสีเอกซ์ที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่าง ด้วยเหตุนี้ การวิเคราะห์ EDS จึงต้องใช้หัววัดวิเคราะห์ที่ให้ความสำคัญกับกระแสหัววัด ซึ่งเป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างความละเอียดเชิงพื้นที่และความละเอียดเชิงพื้นที่

LASCOR ช่วยให้เราสามารถเลือกมุมการรวมแสงที่กว้างขึ้น เพื่อสร้างหัววัดอิเล็กตรอนที่มีทั้งกระแสหัววัดสูงและความละเอียดระดับอะตอมสูง นอกจากนี้ ระบบวิเคราะห์ EDS ยังมีขนาด 158 มม.² ระบบ SDD คู่ ให้ประสิทธิภาพการตรวจจับรังสีเอ็กซ์สูง ช่วยให้วิเคราะห์ EDS ได้อย่างรวดเร็วโดยใช้หัววัดการสังเกตที่มีความละเอียดสูง

ภาพด้านล่างแสดงภาพ ABF, ภาพ HAADF-STEM และผลลัพธ์การทำแผนที่องค์ประกอบ EDS ของ GaN [211] ที่ได้มาพร้อมกันโดยใช้โพรบสำหรับการสังเกตความละเอียดสูง แสดงให้เห็นว่าแผนที่องค์ประกอบที่มีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูงนั้นได้มาโดยใช้โพรบความละเอียดสูงที่เหมาะสมสำหรับการสังเกตความละเอียดระดับอะตอม

ระบบสแกนความเร็วสูง

การผสมผสานระหว่างขดลวดสแกนเฉพาะและตัวเรืองแสงที่มีเวลาการลดทอนสั้น ทำให้สามารถสังเกตการณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (STEM) ได้ที่ความเร็ว 30 เฟรมหรือมากกว่าต่อวินาที สามารถนำไปใช้กับการสังเกตการณ์ในสถานที่จริงที่ความละเอียดระดับอะตอม และช่วยให้สามารถติดตามปรากฏการณ์ไดนามิก เช่น ปฏิกิริยาเคมีได้แบบเรียลไทม์

ประสิทธิภาพ

• ความเร็วในการสแกนสูงสุด: 83 นาโนวินาที/พิกเซล หรือเร็วกว่านั้น

• เวลาบินกลับขั้นต่ำ: 20 ไมโครวินาทีหรือน้อยกว่า (ที่ความเร็วในการสแกน 83 นาโนวินาที/พิกเซล)

• อัตราเฟรม*: 30 เฟรมต่อวินาทีขึ้นไป ด้วยขนาดพิกเซล 512 × 512

• จำนวนช่องทางการรับข้อมูลพร้อมกัน: 1
หมายเหตุ: รองรับเฉพาะตัวตรวจจับ ADF (ที่เชื่อมต่อกับพอร์ต ADF2) ที่กำหนดค่าไว้ในผลิตภัณฑ์นี้เท่านั้น

• พื้นที่การสแกนสูงสุด: 400 × 400 นาโนเมตร หรือมากกว่า

เทคโนโลยี STEM ที่เร็วขึ้น

ด้วยเทคโนโลยีแบบดั้งเดิม การได้ภาพ STEM ขนาด 512 × 512 พิกเซลนั้นจำกัดอยู่ที่ 1-2 เฟรมต่อวินาที ในทางตรงกันข้าม จำนวนรอบของขดลวดสแกนลดลงจากผลิตภัณฑ์แบบดั้งเดิม และความเหนี่ยวนำลดลงเหลือ 1/240 ของผลิตภัณฑ์แบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยลดเวลาการย้อนกลับ (flyback time) จาก 500 ไมโครวินาที เหลือเพียง 20 ไมโครวินาทีหรือน้อยกว่านั้น ยิ่งไปกว่านั้น สารเรืองแสงที่มีอายุการเรืองแสงสั้นลงทำให้ได้ความถี่ Nyquist ที่ 6 เมกะเฮิร์ตซ์ นอกเหนือจากการปรับปรุงเหล่านี้เพื่อการสแกนที่เร็วขึ้นแล้ว ยังได้พัฒนาระบบถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูงที่รองรับการสังเกต STEM ความเร็วสูงอีกด้วย

การเปรียบเทียบกับการถ่ายภาพ STEM แบบดั้งเดิม

การเปรียบเทียบระบบสแกนความเร็วสูงนี้กับระบบสแกนแบบดั้งเดิม (ภาพยนตร์ STEM ความละเอียดระดับอะตอมที่เร็วกว่า 50 เท่า) ตัวอย่าง: SrTiO₃ [100]

ข้อมูลโดย ดร. เรียว อิชิกาวะ รองศาสตราจารย์ประจำโครงการ สถาบันนวัตกรรมวิศวกรรม
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยโตเกียว

ข้อบ่งชี้จำเพาะ

โปรดดูรายละเอียดในแค็ตตาล็อก

ดาวน์โหลดแคตตาล็อก

เร็วๆ นี้

สินค้าที่เกี่ยวข้อง

ระบบกระตุ้นด้วยแสงของชิ้นงาน Luminary Micro Compact

ระบบซับเฟรมไฟฟ้าสถิต Relativity™

กล้อง CMOS แบบเชื่อมต่อไฟเบอร์ความไวสูง เสียงรบกวนต่ำ รุ่น SightSKY™

เซ็นเซอร์ CMOS พิกเซล 19 ล้านพิกเซล ความไวสูง และสัญญาณรบกวนต่ำ ช่วยให้สามารถถ่ายภาพตัวอย่างที่มีรายละเอียดละเอียดได้ และให้ภาพที่มีสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูง แม้จะใช้ปริมาณอิเล็กตรอนน้อย ชัตเตอร์ทั่วโลกและอัตราเฟรมสูง (58 fps/โหมดพิกเซลเต็ม) ช่วยให้สามารถจับภาพชุดได้โดยมีสิ่งแปลกปลอมน้อยลงในระหว่างการศึกษาการสังเกตแบบไดนามิกในสถานที่ ระบบกล้อง SightSKY™ รองรับการบูรณาการกับแพลตฟอร์มการวิเคราะห์แบบบูรณาการ FEMTUS™ ของ JEOL ทำให้ใช้งานและรวบรวมข้อมูลได้ง่าย

ข้อมูลเพิ่มเติม