JP5553308B2 - 軽元素分析装置及び分析方法 - Google Patents
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Description
(1)イオンビームと電子の衝突による電子励起が起こる
(2)イオンビームと電子の衝突によって発生した二次電子による電子刺激脱離(ESD)が起こる
(3)イオンビームの荷電変換が起こる
ことによってDIETが引き起こると考えられる。
(a)試料中の原子が電子刺激によりイオン化(試料中の電子が励起)され、そのイオンが脱離する。あるいは脱離の過程で再び基底状態に戻り、その時点で余剰のエネルギーがある場合には中性粒子として脱離する
(b)電子刺激により物質中の原子の内殻軌道の電子が励起され(ホールを発生し)、放出物の電子がホールに落ち込む原子間オージュ遷移によって脱離する
と考えられている現象である。
連続イオンビーム強度:50[nA]
電荷素量:1.60×10-19[C]
パルスイオンビームの繰り返し:50[kHz]
パルスイオンビームのパルス幅:2[ns]
測定時間:300[s]
測定面積:0.05cm×0.1cm
t=(TC+TD)/2
q・Vs≫Ek
が成立するように、試料電位Vsを比較的高い電位、例えば数kVに設定すればよい。その場合、上記した飛行時間の関係式t=t1+t2+t3において、Ekを無視することができるため、下式のように未知のパラメータが2つとなって、2度の測定で脱離したイオン種と脱離イオンの電荷を同定することができる。このときも、L3がL1+L2に比べて小さく、かつVMCPが十分に小さい(VMCPの絶対値が十分に大きい)場合には、全飛行時間tは近似的にt≒t1+t2とすることができる。
11 排気装置
12 真空槽
13 走査型収束パルスイオンビーム源
14 時間分析型検出器
15 演算・表示部
17 試料ホルダ
16 二次電子検出器
20 MCP
21 ワイヤアノード
22 カップリングコンデンサー
23 差動増幅器
24 CFD回路
25 TDC
26 ビームチョッピング用高圧パルス発生器
27 パーソナルコンピュータ
31 試料側グリッド
32 検出器側グリッド
33,34 直流電源
41 パルスイオンビーム
42 脱離イオン
Claims (10)
- 真空排気された真空槽内に設置された試料ホルダと、
前記試料ホルダに保持された試料に電圧を印加する第1の電源と、
前記試料ホルダに保持された試料にパルスイオンビームとしてHe + イオンビームを1keVから500keVの範囲の入射エネルギーで照射するイオンビーム源と、
粒子検出器と、
前記粒子検出器に電圧を印加する第2の電源と、
前記試料ホルダと前記粒子検出器の間で、前記試料ホルダの近くに配置され、接地された第1のグリッドと、
前記試料ホルダと前記粒子検出器の間で、前記粒子検出器の近くに配置され、接地された第2のグリッドと、
前記パルスイオンビームの入射によって前記試料ホルダに保持された試料からイオンビーム刺激脱離によって放出されるイオンの飛行時間tを測定し、イオン種を同定する演算部とを備え、
前記演算部は、前記イオンの質量をm、前記イオンの試料脱離時の運動エネルギーをEk、前記イオンの電荷をq、試料の電位をVs、試料と前記第1のグリッド間の距離をL1、前記第1のグリッドと前記第2のグリッド間の距離をL2、前記第2のグリッドと前記粒子検出器の表面間の距離をL3、前記粒子検出器の表面の電位をVMCPとするとき、t=t1+t2+t3の関係を用いて前記イオン種を同定することを特徴とする元素分析装置。
- 請求項1記載の元素分析装置において、前記粒子検出器はマイクロチャネルプレートであることを特徴とする元素分析装置。
- 請求項1記載の元素分析装置において、前記演算部は試料から放出された水素イオン又はリチウムイオンを同定することを特徴とする元素分析装置。
- 請求項1記載の元素分析装置において、前記イオンビーム源は走査型イオンビーム源であることを特徴とする元素分析装置。
- 請求項4記載の元素分析装置において、
表示部を有し、
前記演算部は試料から放出された水素イオン又はリチウムイオンを同定し、
前記表示部に試料表面における水素原子又はリチウム原子の空間分布を表示することを特徴とする元素分析装置。 - 真空中に保持された試料に1keVから500keVの範囲の入射エネルギーでHe + イオンビームを間欠的に照射する工程と、
イオンビーム刺激脱離によって試料から放出されたイオン又は粒子を飛行時間分析する工程とを有し、
試料表面に存在する軽元素の分析を行うことを特徴とする元素分析方法。 - 請求項6記載の元素分析方法において、
試料と粒子検出器の間で、試料の近くに配置され接地されたグリッドを第1のグリッドとし、粒子検出器の近くに配置され接地されたグリッドを第2のグリッドとし、前記イオン又は粒子の質量をm、前記イオン又は粒子の試料脱離時の運動エネルギーをEk、前記イオン又は粒子の電荷をq、試料の電位をVs、試料と前記第1のグリッド間の距離をL1、前記第1のグリッドと前記第2のグリッド間の距離をL2、前記第2のグリッドと前記粒子検出器の表面間の距離をL3、前記粒子検出器の表面の電位をVMCPとするとき、
試料の電位Vsを変更して複数回の測定を行い、
測定された飛行時間をtとするとき、t=t1+t2+t3の関係を用いて前記イオン種又は粒子種を同定することを特徴とする元素分析方法。
- 請求項6記載の元素分析方法において、
試料と粒子検出器の間で、試料の近くに配置され接地されたグリッドを第1のグリッドとし、粒子検出器の近くに配置され接地されたグリッドを第2のグリッドとし、前記イオン又は粒子の質量をm、前記イオン又は粒子の電荷をq、試料の電位をVs、試料と前記第1のグリッド間の距離をL1、前記第1のグリッドと前記第2のグリッド間の距離をL2、前記第2のグリッドと前記粒子検出器の表面間の距離をL3、前記粒子検出器の表面の電位をVMCPとするとき、
試料の電位Vsを、q・Vsに比較して前記イオン又は粒子の試料脱離時の運動エネルギーが無視できるような値に設定し、
測定された飛行時間をtとするとき、t=t1+t2+t3の関係を用いて前記イオン種又は粒子種を同定することを特徴とする元素分析方法。
- 請求項6〜8のいずれか1項記載の元素分析方法において、
前記イオンビームを走査して試料表面の複数の位置で軽元素の分析を行い、検出された軽元素の試料表面上での分布を表示することを特徴とする元素分析方法。 - 請求項6〜9のいずれか1項記載の元素分析方法において、前記軽元素は水素又はリチウムであることを特徴とする元素分析方法。
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