静電レンズ

electrostatic lens

[目次：装置]

通常SEMに用いられる静電レンズは、二枚の電極を用いて、電子ビームを加速や減速することに使われる。
電界放出型電子銃では、カソードの先に置かれている引き出し電極と加速電極の二つの電極が静電レンズを構成する。引き出し電極には4～5kVの電圧が印加されている。加速電極に、引き出し電極の電圧より高い電圧をかければ、静電レンズはカソードから放出された電子を加速するように働き、引き出し電極の電圧より低い電圧をかければ減速するように働く。通常、導電性試料の観察とEDSによる元素分析を行う場合は10～15kVに加速し、非導電性試料を直接観察する場合は1kVもしくはそれ以下に減速する。
また、近年、電界放出型電子銃を搭載した高分解能SEMで、数kV～10kV程度の電子ビームを、拡散領域を小さくして高分解能な像を得るために、試料の直前で1kVもしくはそれ以下の極低加速電圧に減速することができる対物レンズが実用化された。この対物レンズでは、電子ビームを縮小する磁場レンズと、電子ビームを減速する静電レンズから構成されている（電磁場重畳レンズ）ので短焦点レンズが形成され、小さなプローブサイズと低加速の電子プローブが実現し、高分解能な像を取得できる。

The electrostatic lens for SEM is composed of two electrodes and accelerates or decelerates an electron beam.
In a field-emission gun (FEG), the extraction electrode and acceleration electrode which are placed below the cathode constitute an electrostatic lens. For the extraction electrode, a voltage of 4 to 5 kV is applied. When a voltage higher than that for the extraction electrode is applied to the acceleration electrode, the electrostatic lens acts to accelerate the electron beam emitted from the cathode. To the contrary, when a voltage lower than that for the extraction electrode is applied to the acceleration electrode, the electron beam from the cathode is decelerated. For secondary electron imaging of a conductive specimen and elemental analysis by EDS, the electrostatic lens is used to accelerate the electron beam up to 10 to 15 kV. For imaging of a nonconductive specimen, the lens is used to decelerate the electron beam down to 1 kV or lower.
Recently for the high-resolution SEM equipped with an FEG, an objective lens has been developed for practical use to obtain a high-resolution image by reducing the volume of the diffusion region. In this objective lens, an electron beam at several to 10 kV is decelerated down to an extremely low voltage of 1 kV or lower just before a specimen. This objective lens is composed of an electromagnetic-and-electrostatic field composite lens. The electromagnetic lens demagnifies the electron probe and an electrostatic lens decelerates the electron probe, a short focal length being created as total. An electron probe with a small probe size and low acceleration enables to acquire a high-resolution SEM image.