中古 日立 Hitachi 走査電子顕微鏡（SEM） S-3100H

走査電子顕微鏡（SEM）の仕組み

走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：SEM）は、可視光の代わりに電子線を用いて対象物の表面状態を観察する装置です。

装置内部は高真空状態に保たれており、電子銃から放出された電子線を磁気レンズでナノメートルサイズの細い束に絞り込みます。この電子線（一次電子線）を試料の表面に照射しながら、規則正しくスキャン（走査）させます。

電子線が試料に衝突すると、試料表面の原子と相互作用を起こし、二次電子や反射電子、特性X線などの信号が発生します。SEMでは主に「二次電子」や「反射電子」を検出器で捉えます。

最も一般的に使われる二次電子は、試料表面の極めて浅い部分から放出されるため、表面の微小な凹凸形状を正確に映し出します。一方、反射電子は構成元素の原子番号が大きいほど多く放出されるため、組成の違い（元素の分布状態）を明るさの差として可視化できます。これらの信号強度を電気信号に変換し、モニター上に画像として再構成する仕組みです。

走査電子顕微鏡（SEM）の特徴

SEMには、光学顕微鏡など他の観察装置にはない優れた特徴があります。

一つ目は、圧倒的な高倍率と高分解能です。光学顕微鏡の限界が約2,000倍であるのに対し、SEMは数万倍から数十万倍以上の高倍率で観察が可能です。ナノメートルレベルの超微細な構造まで鮮明に捉えることができます。

二つ目は、非常に深い焦点深度です。光学顕微鏡に比べて焦点深度が数十から数百倍も深いため、高低差のある凹凸の激しい試料でも広範囲にピントが合った立体的な観察画像が得られます。

三つ目は、観察と同時に元素分析が行える点です。エネルギー分散型X線分析装置（EDS）などを組み合わせることで、観察している場所の元素構成（どのような元素がどれだけ含まれているか）を即座に特定できます。

なお、高真空下での観察が基本となるため、水分や油分を含む試料は乾燥処理が必要です。また、電気を通さない絶縁体試料では、電子の照射により帯電（チャージアップ）が起き画像が歪むため、金やプラチナなどを薄くコーティングする導電処理を施す必要があります。

走査電子顕微鏡（SEM）の用途

SEMはその高い性能から、産業界から研究分野まで幅広く活用されています。

半導体・電子部品分野では、微細化が進む集積回路の配線チェックや、基板の接合状態評価、異物検査などに使用され、製品の品質維持に貢献しています。

材料科学・金属分野では、金属材料の破面解析が代表的です。破断面を観察することで、製品が破損した原因（疲労破壊など）を解明できます。新素材や高分子材料の開発において、組織の分散状態を評価する際にも欠かせません。

生物・医学分野では、花粉や昆虫の微細構造、細菌や細胞の表面形態の観察に応用されています。近年は前処理を軽減できる低真空SEMも普及し、観察の幅が広がっています。

さらに、製造業の品質管理や不具合解析においても、製品に付着した微小異物の特定や、めっき・塗膜の評価などに広く役立てられています。