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「原子間力顕微鏡(AFM)」と「電子顕微鏡(SEM)」の違いを調査

目次目次

原子間力顕微鏡(AFM)と電子顕微鏡(SEM)の違いについてまとめています。それぞれの装置の仕組みや計測方法、メリット、観察に適したサンプル、取り扱い時の注意点などを比較しています。

電子顕微鏡(SEM)の原理と仕組み

光学顕微鏡は、サンプルに光を当てて像を拡大して観察しますが、電子顕微鏡では、光の代わりに電子線を使います。光学顕微鏡が約1,500倍まで拡大できるのに対し、電子顕微鏡は約100万倍まで拡大することができ、0.2nmの物体も観察することが可能です。

電子顕微鏡は光学顕微鏡に比べて焦点深度が100倍以上深く、広範囲にわたって立体的な像を得ることができます。その反面、画像化するまでに装置内での信号処理過程を経ねばならず、観察点の移動や倍率の変更にタイムラグが生じてしまうというデメリットもあります。

原子間力顕微鏡(AFM)と電子顕微鏡(SEM)は何が違う?

原子間力顕微鏡(AFM)は、カンチレバーの先端に付いた微細な探針でサンプルの表面をスキャンしていきます。探針がサンプルに直接触れたり、探針先端とサンプルの間に働く原子間力を感知して表面情報を得ていくため、高さの計測やnmの微小物体の観察も可能です。

電子顕微鏡(SEM)では、サンプルに電子線を照射してその表面をスキャンしていきます。透過電子顕微鏡(TEM)の分解能は0.1~0.3nm、走査電子顕微鏡(SEM)の分解能は0.5~4nmといわれています。電子顕微鏡(SEM)では、サンプルの表面に電子を当てて、そこから反射または発生する二次電子や反射電子の信号を検出し、サンプルの凹凸や組成分布を得ることができます。X線検出器を装着すれば、そのサンプルにどんな元素がどれくらい含まれているかを調べるX線分析装置として利用することも可能です。

当サイトでは製品開発や基礎研究、品質管理のための「原子間力顕微鏡(AFM)3選」を紹介しています。以下リンクに掲載している、各社AFMの特徴や活用事例なども、ぜひご参考ください。

原子間力顕微鏡(AFM)
<3選>紹介ページをひらく

電子顕微鏡(SEM)に適したサンプルと計測方法

電子顕微鏡(SEM)に適したサンプル

微細な物質の表面を観察することができるため、回路や半導体部品の品質管理などに利用されたり、前処理を行った上で、細胞等の生体試料の観察に使用することも可能です。

電子顕微鏡(SEM)の計測方法

電子顕微鏡にはいくつか種類がありますが、透過型電子顕微鏡(TEM)がサンプル全体に電子線を照射するのに対し、走査型電子顕微鏡(SEM)の場合、細く直線的な電子線の軸を少しずつずらしながら照射してサンプルの表面を走査し、表面全体の情報を得ていきます。

原子間力顕微鏡(AFM)と電子顕微鏡(SEM)のメリットを比較

原子間力顕微鏡(AFM)

メリット 大気中、液中、真空中、高温・低温の中でも観察することができるため、測定環境の制限がほとんどありません。試料の前処理は不要で、非破壊でサンプルの形状や高さ、特性などを測定できます。
得意な測定 原子間力顕微鏡(AFM)の観察範囲は~30μmで、nmの極小サイズにも対応しています。探針が試料に触れることで、高さの測定や、その電気物性、磁気物性、摩擦・粘弾性などの機械特性を解析も可能です。
注意点 低倍率や大きな凹凸のあるサンプルの測定は難しく、広視野から狭小領域への視野を絞り込むため、サンプルの解析に時間がかかってしまう場合があります。極微小な探針の取扱いにも注意が必要です。

電子顕微鏡(SEM)

メリット 焦点深度が深いため、フォーカスの合う範囲が広くなります。サンプルを100万倍まで拡大することができるため、光学顕微鏡では対応できないサブミクロンからナノオーダーまで観察が可能です。
得意な測定 光学顕微鏡よりも小さな形状を見ることができるので、ナノ粒子、マイクロ粒子、膜・基板表面、複合材料、ファイバー形状、空孔構造などの表面凹凸観察、粒子形状観察、表面元素分析などに適しています。
注意点 電子顕微鏡(SEM)では、色の情報は得られず、また、真空装置のため水分を含むサンプルは観察することはできません。電子線や熱に弱いサンプルはダメージが発生する場合があります。

原子間力顕微鏡(AFM)も走査型電子顕微鏡(SEM)も、どちらも試料の表面を走査して、凹凸などの表面形状を測定していく装置です。原子間力顕微鏡(AFM)の場合、環境を問わず、また、試料の前処理を必要とせずに測定できるというメリットがあります。電子顕微鏡(SEM)の場合、光学顕微鏡よりも焦点深度が深く、広範囲にわたって立体的な像を得ることができます。

既存の電子顕微鏡(SEM)に原子間力顕微鏡(AFM)を後付けできる?

電子顕微鏡(SEM)に原子間力顕微鏡(AFM)を後から取り付けることは可能です。

今ある電子顕微鏡(SEM)の機能では足りない場合、原子間力顕微鏡(AFM)の後付けを検討することがおすすめです。

実際に電子顕微鏡(SEM)に後付けできる原子間力顕微鏡(AFM)プローブを紹介いたします。

【PR】日本カンタムデザインの
「走査型プローブ顕微鏡 AFSEM nano」

走査型プローブ顕微鏡 AFSEM nano

引用元:日本カンタム・デザイン公式HP(https://www.qd-japan.com/products/afsem_nano/)

試料をわざわざ取り出して別の機械で測定する必要がなく、同一の環境で測定できることがメリットです。測定誤差を減らすことにも繋がります。

日本カンタム・デザイン公式HPで
性能を詳しく見る

【PR】原子間力顕微鏡(AFM)と電子顕微鏡(SEM)が融合した製品

⽇本カンタム‧デザインの
「原子間力走査型電子顕微鏡 FusionScope」

原子間力走査型電子顕微鏡 FusionScope

引用元:日本カンタム・デザイン公式HP(https://www.qd-japan.com/products/fusionscope/)

原子間力顕微鏡(AFM)と電子顕微鏡(SEM)の相関解析が行える、新しい製品です。原子間力顕微鏡(AFM)の幅広い測定技術に、電子顕微鏡(SEM)のメリットも加えることで、さまざまな領域で活用が可能です。

日本カンタム・デザイン公式HPで
性能を詳しく見る

サポートがしっかり受けられる
「原子間力顕微鏡(AFM)」3選

国際的に認知され、世界中の研究施設や企業で広く使用されている原子間力顕微鏡(AFM)は、高品質で信頼性が高い証明となります。 そのため、海外拠点を多数持ち、手厚いメンテナンスやサポート体制をもつメーカーを選ぶことは重要です。
ここでは海外拠点が多く、公式HPにサービスやサポートについて記載されているメーカーの原子間力顕微鏡(AFM)をセレクト。次の3製品を、導入のご参考にチェックしてみてください。

DriveAFM
(⽇本カンタム‧デザイン)
DriveAFM
画像引用元:日本カンタム・デザイン公式HP(https://www.qd-japan.com/products/driveafm/)
XYスキャン範囲|100µm×100µm
Zスキャン範囲|20µm
Zノイズレベル|30pm(0.03nm)
コントローラー性能(DAC)|28bit
  • 低ノイズ/低コヒーレントのSLD光源
  • ダイレクトドライブピエゾアクチュエータ(DPA)を採用
  • Wiley Analytical Science Award 2023 を受賞

「DriveAFM」の詳細と
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Park NX20
(パークシステムズ)
Park NX20
画像引用元:パークシステムズ公式HP(https://www.parksystems.com/jp/products/research-afm/large-sample-afm)
XYスキャン範囲|100µm×100µm
Zスキャン範囲|15µm
Zノイズレベル|30pm(0.03nm)
コントローラー性能(DAC)|20bit
  • 3D構造における側面傾斜角度の正確な測定
  • 高分解能電気計測モードを搭載
  • 低ノイズZ検出器による正確なAFMトポグラフィー

「Park NX20」の詳細と
性能を公式HPでみる

Dimension XR
(ブルカー)
Dimension XR
画像引用元:ブルカー公式HP(https://www.bruker-nano.jp/20200312154845)
XYスキャン範囲|90µm×90µm
Zスキャン範囲|10µm
Zノイズレベル|30pm(0.03nm)
コントローラー性能(DAC)|-
  • 独自のScanAsyst® 自動画像最適化技術を搭載
  • 材料・活性ナノスケールシステムの定量化が従来より簡単
  • 低ドリフトと低ノイズを提供

「Dimension XR」の詳細と
性能を公式HPでみる

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【選定基準】
2023年10月20日時点、Google検索で「原子間力顕微鏡 メーカー」で検索結果100位までに表示された会社と、「AFM メーカー」で検索結果100位までに表示された会社、合計22社を調査。その中から、原子間力顕微鏡(AFM)の取り扱いがあり、サービスやサポートについて公式HPに明記しており、海外拠点数が多い大手グローバル企業3社をピックアップ。

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