Сканирующая конфокальная электронная микроскопия

Сканирующая конфокальная электронная микроскопия ( SCEM ) — это метод электронной микроскопии, аналогичный сканирующей конфокальной оптической микроскопии (SCOM). В этом методе исследуемый образец освещается сфокусированным электронным лучом, как и в других методах сканирующей микроскопии, таких как сканирующая просвечивающая электронная микроскопия или сканирующая электронная микроскопия . Однако в SCEM собирающая оптика расположена симметрично оптике освещения, чтобы собирать только те электроны, которые проходят через фокус луча. Это приводит к превосходному разрешению глубины изображения. Методика относительно новая и активно развивается.

История

Идея SCEM логически вытекает из SCOM и поэтому довольно старая. Однако практическое проектирование и изготовление сканирующего конфокального электронного микроскопа — сложная проблема, впервые решенная Нестором Дж. Залуцем . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Его первый сканирующий конфокальный электронный микроскоп продемонстрировал трехмерные свойства SCEM, но не реализовал субнанометровое поперечное пространственное разрешение, достижимое с помощью электронов высокой энергии (было продемонстрировано поперечное разрешение всего ~ 80 нм). Несколько групп в настоящее время работают над созданием SCEM атомного разрешения. ^{[ 5 ]} В частности, уже получены SCEM-изображения с атомарным разрешением. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

Операция

Образец освещается сфокусированным электронным лучом, и луч перефокусируется на детекторе, собирая таким образом только электроны, прошедшие через фокус. Для получения изображения луч следует сканировать сбоку. В оригинальной конструкции это достигалось за счет размещения синхронизированных дефлекторов сканирования и десканирования. Такая конструкция сложна, и существует лишь несколько установок, изготовленных по индивидуальному заказу. Другой подход заключается в использовании стационарного освещения и сбора, но при выполнении сканирования путем перемещения образца с помощью высокоточного пьезоуправляемого держателя. Такие держатели легко доступны и подходят для большинства коммерческих электронных микроскопов, тем самым реализуя режим SCEM. В качестве практической демонстрации были записаны изображения SCEM с атомарным разрешением. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

Преимущества

Высокие энергии падающих частиц (электроны 200 кэВ против фотонов 2 эВ) приводят к гораздо более высокому пространственному разрешению SCEM по сравнению с SCOM (латеральное разрешение <1 нм против> 400 нм).

По сравнению с традиционной электронной микроскопией ( TEM , STEM , SEM ), SCEM предлагает трехмерное изображение. Трехмерное изображение в SCEM ожидалось от конфокальной геометрии SCEM и недавно было подтверждено теоретическим моделированием. ^{[ 8 ]} В частности, прогнозируется, что тяжелый слой (золото) можно идентифицировать в легкой матрице (алюминий) с точностью ~ 10 нм по глубине; это разрешение по глубине ограничено углом схождения электронного луча и может быть улучшено до нескольких нанометров в электронных микроскопах следующего поколения, оснащенных двумя корректорами сферических аберраций пятого порядка . ^{[ 9 ]}

См. также

Ссылки

^ Залужец, Нью-Джерси (2003) «Сканирующий конфокальный электронный микроскоп», патент США 6 548 810.
^ Залужец, Нью-Джерси (2003). «Сканирующий конфокальный электронный микроскоп» (PDF) . Микроск. Сегодня . 11 (6): 8. дои : 10.1017/S1551929500053384 . S2CID 136126207 .
^ Залужец, Нью-Джерси (2007). «Сканирующая конфокальная электронная микроскопия». Микроск. Микроанал . 13 : 1560. дои : 10.1017/S1431927607074004 . S2CID 232391298 .
^ Фриго, СП; Левин, З.Х. и Залувец, Нью-Джерси (2002). «Субмикронная визуализация скрытых структур интегральных схем с использованием сканирующей конфокальной электронной микроскопии». Прил. Физ. Летт . 81 (11): 2112. Бибкод : 2002ApPhL..81.2112F . дои : 10.1063/1.1506010 .
^ Мицуиси, К.; Такегучи, М. (28 августа 2014 г.). «Сканирующая конфокальная электронная микроскопия». Сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия наноматериалов . Издательство Имперского колледжа. стр. 345–382. дои : 10.1142/9781848167902_0011 .
^ Jump up to: ^а ^б Хашимото, Аяко; Такегучи, Масаки; Симодзё, Масаюки; Мицуиси, Казутака; Танака, Миёко; Фуруя, Кадзуо (2008). «Разработка системы стадийного сканирования для конфокальной сканирующей просвечивающей электронной микроскопии» . Э.Дж. Серфинг. наук. Нанотех . 6 : 111–114. дои : 10.1380/ejssnt.2008.111 .
^ Jump up to: ^а ^б Такегучи, М.; Хасимото, А.; Симодзё, М.; Мицуиси, К.; Фуруя, К. (2008). «Разработка системы этапного сканирования для конфокального STEM высокого разрешения». Журнал электронной микроскопии . 57 (4): 123–127. doi : 10.1093/jmicro/dfn010 . ПМИД 18603569 .
^ Мицуиси, К; Якубовский, К; Такегучи, М; Симодзё, М; Хасимото, А; Фуруя, К. (2008). «Расчет свойств изображения сканирующей конфокальной электронной микроскопии высокого разрешения на основе волн Блоха». Ультрамикроскопия . 108 (9): 981–8. дои : 10.1016/j.ultramic.2008.04.005 . ПМИД 18519159 .
^ Неллист, Вашингтон ; Бехан, Г.; Киркланд, А.И.; Хетерингтон, CJD; и др. (2006). «Конфокальная работа просвечивающего электронного микроскопа с двумя корректорами аберраций». Прил. Физ. Летт . 89 (12): 124105. Бибкод : 2006АпФЛ..89л4105Н . дои : 10.1063/1.2356699 .

[1] Залужец, Нью-Джерси (2003) «Сканирующий конфокальный электронный микроскоп», патент США 6 548 810.

[2] Залужец, Нью-Джерси (2003). «Сканирующий конфокальный электронный микроскоп» (PDF) . Микроск. Сегодня . 11 (6): 8. дои : 10.1017/S1551929500053384 . S2CID 136126207 .

[3] Залужец, Нью-Джерси (2007). «Сканирующая конфокальная электронная микроскопия». Микроск. Микроанал . 13 : 1560. дои : 10.1017/S1431927607074004 . S2CID 232391298 .

[4] Фриго, СП; Левин, З.Х. и Залувец, Нью-Джерси (2002). «Субмикронная визуализация скрытых структур интегральных схем с использованием сканирующей конфокальной электронной микроскопии». Прил. Физ. Летт . 81 (11): 2112. Бибкод : 2002ApPhL..81.2112F . дои : 10.1063/1.1506010 .

[MitsuishiTakeguchi2014-5] Мицуиси, К.; Такегучи, М. (28 августа 2014 г.). «Сканирующая конфокальная электронная микроскопия». Сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия наноматериалов . Издательство Имперского колледжа. стр. 345–382. дои : 10.1142/9781848167902_0011 .

[stage-6] Jump up to: ^а ^б Хашимото, Аяко; Такегучи, Масаки; Симодзё, Масаюки; Мицуиси, Казутака; Танака, Миёко; Фуруя, Кадзуо (2008). «Разработка системы стадийного сканирования для конфокальной сканирующей просвечивающей электронной микроскопии» . Э.Дж. Серфинг. наук. Нанотех . 6 : 111–114. дои : 10.1380/ejssnt.2008.111 .

[stage2-7] Jump up to: ^а ^б Такегучи, М.; Хасимото, А.; Симодзё, М.; Мицуиси, К.; Фуруя, К. (2008). «Разработка системы этапного сканирования для конфокального STEM высокого разрешения». Журнал электронной микроскопии . 57 (4): 123–127. doi : 10.1093/jmicro/dfn010 . ПМИД 18603569 .

[8] Мицуиси, К; Якубовский, К; Такегучи, М; Симодзё, М; Хасимото, А; Фуруя, К. (2008). «Расчет свойств изображения сканирующей конфокальной электронной микроскопии высокого разрешения на основе волн Блоха». Ультрамикроскопия . 108 (9): 981–8. дои : 10.1016/j.ultramic.2008.04.005 . ПМИД 18519159 .

[9] Неллист, Вашингтон ; Бехан, Г.; Киркланд, А.И.; Хетерингтон, CJD; и др. (2006). «Конфокальная работа просвечивающего электронного микроскопа с двумя корректорами аберраций». Прил. Физ. Летт . 89 (12): 124105. Бибкод : 2006АпФЛ..89л4105Н . дои : 10.1063/1.2356699 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]