第十一屆亞太電鏡年會見聞(上)

刊登日期:2016/11/28
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第十一屆亞太電鏡會議(11th Asia-Pacific Microscopy Conference;APMC11)於 2016年 5月下旬在泰國舉行。此次會議由泰國 Mahidol University 和泰國電鏡學會(MST)共同主辦。在開幕歡迎茶會中有許多廠商與研發單位都與會共襄盛舉(圖一),在彼此的交流中,普遍意識到未來的顯微技術除了顯微鏡的電子透鏡系統持續精進外,更要考量到量測環境上的些許限制與突破,更須考量到輻射損傷所可能帶來的影響。因此,整體檢測考量上,不只是硬體上的精進,更需要透過實驗設計,針對不同的材料特性與結構,元件物理本質及其對應的產業,發展其合適的環境式電鏡檢測手法,提供更多元的檢測環境必定為未來所發展的趨勢。此外,此次會議更有許多生命科學的學者專家參與,亞太電鏡會議與東亞會議較不同之處在於有更多南向國家參與,如泰國、馬來西亞、越南及新加坡等,他們對於 Life Science 主題相當重視。因此,這次會議也結合了生命及醫學方面的學會組織共同舉辦。
 
亞太電鏡會議是東亞區顯微鏡研究團隊很重要之國際研討場域,有許多 X-ray 及光學顯微技術的專家參與,因此討論的內容更加全面,可以了解其他領域在檢測方面的進展。特別是未來將面臨的許多系統將更加複雜、尺度也更加多元,多維尺度所對應的複雜分析應該是未來檢測人員所要面對的挑戰。在高階檢測領域,近年來許多檢測設備,如 Atom Probe Tomography、In-situ TEM、低溫生物檢測技術、球差校正器發展、單光器電子源發展與氦離子顯微術之硬體發展等均值得關注。另外,在實務型檢測技術開發上,應力顯像技術、低損傷能譜技術之軟體技術開發上也受到大家的重視與討論。
 
會中大家討論到球差校正電鏡的發展;西元 1998年德國電鏡學者 M. Haider 博士與其指導教授 H. Rose 於 Nature 發表由四極(Quadpole)、六極(Hexapole)與八極(Octupole)磁透鏡所組成,可加裝於電子顯微鏡中的球差校正器(Spherical Aberration Correction),其利用非球面對稱透鏡打破 Scherzer 博士所提出的規則限制,可有效將透鏡引起的像差減至最小甚至完全消除。自此開始,球差校正器正式成為穿透式電子顯微鏡突破次原子解析的主流商用化產品,各家電鏡製造商,都以其電鏡與像差校正器整合後之性能作為主要展示方向在高解析電子束顯像技術上,至今也不過接近百年的光景,顯微鏡的進展可謂突飛猛進。
 
此外,在相位的解析進展上,與九州大學的 Murakami-san 討論,許多電鏡研究團隊嘗試用許多方法取得影像的相位訊息,希望能藉此解出結構以外的訊息。例如透過電位與磁場的分佈,發展電子全像術(Electron Holography)概念、可藉由擷取不同系列的物鏡離焦像(Defocus)進行出口波重建、高同調性電子繞射影像術(Coherent Electron Diffraction Imaging),上述方式較為間接且均需要透過繁瑣計算以重建相位,取像過程中樣品因熱擾動所產生的位移也易造成重構相位上的困難。Gabor教授甚至曾大膽地提出 in-line Holography 的想法。至今陳福榮教授所使用類似大爆炸理論,所發展的高解析相位三維重建訊息已逐漸發展成熟,此外,許多電子全像術的設備也已商用化,相位分析顯微術上的進展實在令人驚嘆。
 
研討會精摘
From Nano to PICO – the Next Generation of Aberration Corrected TEMs
第一場Plenary Lecture由德國 ER-C 研究機構的 Joachim Mayer 教授針對球差校正技術在能量校正部份的最新研究做介紹。其在 ER-C 的分析尺度由奈米至 Pico 的尺度,主要將能量差異所產生的光學效應給免除掉(色像差),其技術強調在於 Image Corrector,主要在於近年來 CCD 技術的成熟,TEM 的取像時間會比 STEM(Probe Corrected)快得多,因此透過這樣的方法(EFTEM),可以獲取大面積高解析的微結構影像及其化學對應組成。
 
會議中討論到,色像差主要受兩個因素所影響,分別為電子束能量與能量的離散程度,前者為反比,因此低電壓會有較大的色像差;能量的歧異程度越大,色像差也會越大,因此當我們的 EFTEM 需要取較大的能量積分範圍時,色像差的效應就越不可忽略,在許多易受輻射損傷的材料中,低電壓似乎是檢測的趨勢。因此,綜合上述兩種情形,色像差校正器在高解析 EFTEM 分析上必定是需要的檢測能力。

現今無論是單光器(Monochrmator)或色像差校正器(Cc Corrector)均需要 Wien Filter 等特殊電子光學設計,利用此與球差校正系統可將 ds 與 dc 抑制到幾乎為零。因此最後的解析能力和電子光學系統已經沒有關係,決定因素在於電子波的波長(繞射極限)以及樣品本身的 Delocalisation效應中。
 
藉此可達到大面積之高解析 EELS 分析,因為使用 EFTEM 的方式會比 STEM-EELS 取像時間短,因此較可以避免掉樣品飄移或積碳所產生的衍生問題。由報告展示中可以發現,簡單使用三窗法就可以獲取 Si-L Edge 的化學成分分析影像,可以把不同化態用不同的---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

相關資料:第十一屆亞太電鏡年會見聞(下)


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