回折コントラスト

diffraction contrast

[目次：理論(電子の散乱／回折／結像)]

TEM像における散乱コントラストの内、結晶性試料の場合、角度に関して連続的に分布している散乱波は、ブラッグ反射を起こして非連続的に分布する回折波となる。試料の場所 (位置) によって回折条件が変わると回折波の強さが変化して、像にコントラストがつくことを回折コントラストという。明視野像(透過波で結像される像)では、回折を起こした試料の部分は強度が減り暗く写る。暗視野像(一つの回折波で結像される像)では、その回折が起きている試料部分が明るく写る。

diffraction contrast ⇒図
加速電圧200 kVで取得した多結晶Si（半導体配線）のTEM像と回折図形。

(a) 明視野TEM像。大きさ数10 nm～数100 nmの多数の結晶粒で構成され、それぞれが異なる結晶方位をとっている。赤もしくは緑色矢印で示した結晶粒では、回折した波が対物絞りによって遮られるため、暗く観察されている。

(b) (a)と同視野から得た暗視野TEM像。(a)の緑色矢印で示した結晶粒からの回折波を取り込むように対物絞りを挿入しているため、その部分が明るく観察されている。

(c) 回折図形。多結晶からの回折図形のため、デバイ・シェラー環が観察されている。(a)、(b)の緑色矢印で示した結晶粒からの回折波を緑色丸で囲っている。

Scattered electrons in a crystalline specimen are not continuously distributed with scattering angles but discontinuously distributed as diffracted waves. Diffraction contrast means the intensity change in an electron microscope image that is formed when the diffraction condition is changed with areas of the specimen. In the bright-field image (formed by the transmitted wave), the area where diffraction takes place loses its image intensity, thus getting dark. In the dark-field image (formed by a diffracted wave), the corresponding area gains image intensity, thus getting bright.


TEM images and a diffraction pattern of polycrystalline Si (a semiconductor interconnect) taken at an accelerating voltage of 200 kV.

(a) Bright-field TEM image. The specimen is composed of many crystalline particles with size of a few 10 nm to a few 100 nm, which exhibit different crystal orientations. In the crystalline particles indicated by red allows and a green arrow, the diffracted waves are intercepted by the objective aperture. As a result, the particles are observed with dark contrast.

(b) Dark-field TEM image taken from the same area in (a). The objective aperture is inserted so that the diffracted wave from the crystalline particles indicated by the green arrow in (a) is acquired. As a result, the particle is observed with bright contrast.

(c) Diffraction pattern. Since the specimen is polycrystalline, the Debye-Scherrer ring is observed. A green circle encloses the diffracted wave from the crystalline particle indicated by the green arrow in (a) and (b).
 

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