3次元アトムプローブユニット

3次元アトムプローブ（3DAP）による最先端のナノ組織解析技術

原子を
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原子の3次元マップを描くユニークな解析手法

3次元アトムプローブ（3DAP; three-dimentional atom probe, or APT: atom probe tomography）は、曲率半径~ 50 nmの針状試料先端からイオン化された原子が検出器に到達するまでの飛行時間（Time-of-Flight）と検出位置（x, y）を連続的（z）に計測することにより、100万倍以上の倍率での原子分布を3次元に可視化できる唯一の手法です。2000年代初頭のレーザーパルス補助型アトムプローブの開発により、金属材料のみならず、半導体や絶縁体における微量添加元素やドーパントの挙動をナノスケールで3次元に解明することが可能になっています。

3DAP
×TEM

3DAP×TEMによる最先端のナノ組織解析技術

3DAPを用いることでナノスケールのデバイスでの元素分布、材料内の元素の不均一な分布、半導体ドーパントなどの微量添加元素を精度良く解析することができます。ただし結晶構造や欠陥種などは透過型電子顕微鏡（TEM）法に依らねばなりませんので、当ユニットでは3DAP法を中心とし、電子顕微鏡ユニットと連携しながらTEMと組み合わせた相補的解析《3DAP×TEM》を実施、これによって、精緻かつ高度なナノ組織解析サービスを提供します。

FIM

3DAPの源流「電界イオン顕微鏡」

「3DAP」は1951年に人類が初めて原子を直接見ることに成功した「電界イオン顕微鏡（FIM; field ion microscopy）」が母体技術となっています。これは真空チャンバー内にて数10 Kに冷却した針状試料に正の電圧をかけ、ヘリウムやネオンなどのイメージングガスを導入すると、イメージングガス原子が高電界のかかった針状試料表面に引き寄せられ、冷却により熱エネルギー（運動エネルギー）を失ったイメージングガス原子（イオン）が試料表面と蛍光スクリーン間の電界によって加速され、蛍光スクリーンに衝突し輝点が観察されるというものです。さらに針状試料に高い電圧をかけていくと「電界蒸発（field evaporation）」と呼ばれる、針状試料表面の原子そのもののイオン化が起こります。