JPH0627058A - 電子分光方法とこれを用いた電子分光装置 - Google Patents
電子分光方法とこれを用いた電子分光装置Info
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- JPH0627058A JPH0627058A JP4205954A JP20595492A JPH0627058A JP H0627058 A JPH0627058 A JP H0627058A JP 4205954 A JP4205954 A JP 4205954A JP 20595492 A JP20595492 A JP 20595492A JP H0627058 A JPH0627058 A JP H0627058A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
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Abstract
(57)【要約】
【目的】超短パルスX線などのパルス励起で試料から放
出された電子を、極めて高い検出効率で、しかも高分解
能で分光することにより超短パルスX線などの励起を計
測手段とする、表面状態の高速現像の研究などの新たな
応用分野の開拓を目的とする。 【構成】パルスX線乃至パルス超短波長紫外線を試料1
に照射し、試料1の表面から放出される電子eを所定距
離飛行させ、その飛行時間を測定する電子分光方法とこ
の方法を用いた電子分光装置。
出された電子を、極めて高い検出効率で、しかも高分解
能で分光することにより超短パルスX線などの励起を計
測手段とする、表面状態の高速現像の研究などの新たな
応用分野の開拓を目的とする。 【構成】パルスX線乃至パルス超短波長紫外線を試料1
に照射し、試料1の表面から放出される電子eを所定距
離飛行させ、その飛行時間を測定する電子分光方法とこ
の方法を用いた電子分光装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、パルス状に発生され
た電子のエネルギー分析を行なう、電子分光装置に関す
るものである。
た電子のエネルギー分析を行なう、電子分光装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】光、X線、電子などの照射により、物質
から放出される電子のエネルギー分布には、物質状態に
関する情報が含まれており、電子ビーム照射などにより
発生するオージェ電子分光法等や、紫外線或はX線照射
により発生する光電子を計測する紫外線光電子分光法
(UPS)、軟X線光電子分光法(XPS)などは、物
質状態、特に表面状態の研究に必須の重要な解析手法と
なっている。
から放出される電子のエネルギー分布には、物質状態に
関する情報が含まれており、電子ビーム照射などにより
発生するオージェ電子分光法等や、紫外線或はX線照射
により発生する光電子を計測する紫外線光電子分光法
(UPS)、軟X線光電子分光法(XPS)などは、物
質状態、特に表面状態の研究に必須の重要な解析手法と
なっている。
【0003】従来、電子分光装置としては初期には減速
電場を用いたものが多く用いられ、現在は円筒鏡型エネ
ルギー分析器(CMA)が最も多く用いられている( 参
考文献:M.P.Seah,p.57,"Methods of surface analysi
s",ed.J.M.Walls,(Cambridge University Press,Cambri
dge,1989) 。
電場を用いたものが多く用いられ、現在は円筒鏡型エネ
ルギー分析器(CMA)が最も多く用いられている( 参
考文献:M.P.Seah,p.57,"Methods of surface analysi
s",ed.J.M.Walls,(Cambridge University Press,Cambri
dge,1989) 。
【0004】この方法は、静電場が印加された円筒形の
電極間に、狭い入射スリットを通して電子を入射させる
と、ある特定のエネルギーを持つ電子のみが、狭い出射
スリットを通して測定器に集光される原理を使用して、
静電場の大きさを変えることで、電子のエネルギー分布
を知るものであるが、0.25% の高い分解能の測定下で
も、試料から広い立体角に放出される電子を捉えること
ができるので、それまでの分析器に比べてCMAの感度
は高い。
電極間に、狭い入射スリットを通して電子を入射させる
と、ある特定のエネルギーを持つ電子のみが、狭い出射
スリットを通して測定器に集光される原理を使用して、
静電場の大きさを変えることで、電子のエネルギー分布
を知るものであるが、0.25% の高い分解能の測定下で
も、試料から広い立体角に放出される電子を捉えること
ができるので、それまでの分析器に比べてCMAの感度
は高い。
【0005】ところが、CMAの場合、一つの設定電圧
で測定されるのは、特定のエネルギーの電子のみであ
る。例えば、1/1000の高精度のエネルギー分解能の計測
を行なうとき、残りの999/1000の電子は測定されずに捨
てられており、この極めて低い検出効率のため、長時間
の計測時間を要し、また試料の放射線損傷も問題とな
る。
で測定されるのは、特定のエネルギーの電子のみであ
る。例えば、1/1000の高精度のエネルギー分解能の計測
を行なうとき、残りの999/1000の電子は測定されずに捨
てられており、この極めて低い検出効率のため、長時間
の計測時間を要し、また試料の放射線損傷も問題とな
る。
【0006】そこで、計測速度を大きくするものとし
て、図2に示すような静電半球型エネルギー分析器が開
発されている。これは、二つの球面電極R1,R2 間に静電
場を印加すると、入射スリットSから入射された電子の
軌跡が出射面E上に集光されるが、その集光位置は電子
エネルギーに依存するので、出射面上に集光された電子
ビームの空間分布を一次元アレイ或は二次元画像検出器
Dで観測することにより、比較的広いエネルギー範囲の
電子が一度に計測するものであり、この方法によれば例
えばCMAの200 倍程度の速度でエネルギー解析ができ
る。
て、図2に示すような静電半球型エネルギー分析器が開
発されている。これは、二つの球面電極R1,R2 間に静電
場を印加すると、入射スリットSから入射された電子の
軌跡が出射面E上に集光されるが、その集光位置は電子
エネルギーに依存するので、出射面上に集光された電子
ビームの空間分布を一次元アレイ或は二次元画像検出器
Dで観測することにより、比較的広いエネルギー範囲の
電子が一度に計測するものであり、この方法によれば例
えばCMAの200 倍程度の速度でエネルギー解析ができ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
電子分光装置は、シンクロトロン放射施設やX線管から
の紫外線やX線、電子ビーム発生装置からの電子ビーム
など定常照射された試料から発生する電子を測定される
ために設計されており、さらに、多点データを同時に取
り組める。上述の静電半球型分析器においても、一度に
測定できるエネルギー範囲は10% 程度に過ぎない。
電子分光装置は、シンクロトロン放射施設やX線管から
の紫外線やX線、電子ビーム発生装置からの電子ビーム
など定常照射された試料から発生する電子を測定される
ために設計されており、さらに、多点データを同時に取
り組める。上述の静電半球型分析器においても、一度に
測定できるエネルギー範囲は10% 程度に過ぎない。
【0008】また、静電半球型分析器ではある程度のエ
ネルギー分解能を得るには、スリットSに入射する角度
幅αを小さく制限しなければならず、立体角利用効率が
小さいという問題があった。
ネルギー分解能を得るには、スリットSに入射する角度
幅αを小さく制限しなければならず、立体角利用効率が
小さいという問題があった。
【0009】一方、近年極短パルスレーザーで生成され
るプラズマ或はX線レーザーから高輝度のパルスX線が
得られ、また極短パルスレーザーの高調波発生によるパ
ルス超短波長紫外線が得られようになっており、このよ
うな高輝度パルス線源を用いることにより、電子分光を
利用する分野でも、表面状態の高速現象の観察など多く
の分野が開ける可能性がある。
るプラズマ或はX線レーザーから高輝度のパルスX線が
得られ、また極短パルスレーザーの高調波発生によるパ
ルス超短波長紫外線が得られようになっており、このよ
うな高輝度パルス線源を用いることにより、電子分光を
利用する分野でも、表面状態の高速現象の観察など多く
の分野が開ける可能性がある。
【0010】しかし、これらの高輝度パルス線源も、尖
頭出力は高いものの平均出力はそれほど高くなく、これ
に対して定常照射線源用に設計されている従来の電子分
光装置では、平均出力のみが重要であり、高輝度パルス
線源の高い尖頭出力は測定できない。
頭出力は高いものの平均出力はそれほど高くなく、これ
に対して定常照射線源用に設計されている従来の電子分
光装置では、平均出力のみが重要であり、高輝度パルス
線源の高い尖頭出力は測定できない。
【0011】そこで、この発明においては上述のような
高輝度パルス線源の特徴を生かした検出効率の高い電子
分光方法とその装置を開発することによって試料表面状
態の高速現象の観察などの新たな応用分野の発展を可能
にさせることを目的とする。
高輝度パルス線源の特徴を生かした検出効率の高い電子
分光方法とその装置を開発することによって試料表面状
態の高速現象の観察などの新たな応用分野の発展を可能
にさせることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明では、上記課題
を解決するため、パルスX線乃至パルス超短波長紫外線
を試料に照射し、該試料から放出される電子を所定距離
飛行させ、その飛行時間を測定する電子分光方法を提供
するものである。
を解決するため、パルスX線乃至パルス超短波長紫外線
を試料に照射し、該試料から放出される電子を所定距離
飛行させ、その飛行時間を測定する電子分光方法を提供
するものである。
【0013】更に、この発明においてはパルスX線乃至
パルス超短波長紫外線の照射手段と、パルスX線乃至パ
ルス超短波長紫外線を試料に照射させる際に試料から放
出される電子を所定距離飛行させる飛行路と、その飛行
時間を測定する電子流計測手段からなる電子分光装置を
提供するものである。
パルス超短波長紫外線の照射手段と、パルスX線乃至パ
ルス超短波長紫外線を試料に照射させる際に試料から放
出される電子を所定距離飛行させる飛行路と、その飛行
時間を測定する電子流計測手段からなる電子分光装置を
提供するものである。
【0014】即ち、ある一定の距離を電子が飛行すると
き、その飛行時間は、電子のエネルギーに依存する。そ
こで、電子源から十分に離れた場所において電子流を観
測すれば、その時間変化から、電子エネルギーが分光さ
れる。そして、この時間変化を全て記録することによ
り、発生した電子が無駄に捨てられることなく計測され
ることになり、計測の効率が極めて高くなる。
き、その飛行時間は、電子のエネルギーに依存する。そ
こで、電子源から十分に離れた場所において電子流を観
測すれば、その時間変化から、電子エネルギーが分光さ
れる。そして、この時間変化を全て記録することによ
り、発生した電子が無駄に捨てられることなく計測され
ることになり、計測の効率が極めて高くなる。
【0015】この発明においてはパルスX線照射手段と
しては、極短パルスレーザー生成プラズマ或はX線レー
ザー等を使用することができ、またパルス超短波長紫外
線の照射手段としては超短パルスレーザーの高調波等を
使用することができる。
しては、極短パルスレーザー生成プラズマ或はX線レー
ザー等を使用することができ、またパルス超短波長紫外
線の照射手段としては超短パルスレーザーの高調波等を
使用することができる。
【0016】なお、この発明のような飛行時間法を可能
にするには、観測すべき飛行時間差に比べて粒子発生の
時間幅を十分に短くする必要がある。例えば300 電子ボ
ルトの電子は、100 ナノ秒(1000 万分の1 秒) で1メー
トルの距離を飛行するが、電子源から1メートルの場所
において、平均300 電子ボルトの電子のエネルギースペ
クトルを1/100 のエネルギー精度で測定するには、電子
流計測には時間分解能2ナノ秒が求められ、電子の発生
もそれより短いパルス幅である必要がある。近年得られ
るようになったパルスX線を用いれば、容易にこの程度
のパルス幅の電子の発生が可能である。
にするには、観測すべき飛行時間差に比べて粒子発生の
時間幅を十分に短くする必要がある。例えば300 電子ボ
ルトの電子は、100 ナノ秒(1000 万分の1 秒) で1メー
トルの距離を飛行するが、電子源から1メートルの場所
において、平均300 電子ボルトの電子のエネルギースペ
クトルを1/100 のエネルギー精度で測定するには、電子
流計測には時間分解能2ナノ秒が求められ、電子の発生
もそれより短いパルス幅である必要がある。近年得られ
るようになったパルスX線を用いれば、容易にこの程度
のパルス幅の電子の発生が可能である。
【0017】また、この発明においては発生される電子
のパルス幅が一定のとき、電子飛行路の距離を延長して
飛行時間を増大することで、エネルギー分解能を向上さ
せることができる。
のパルス幅が一定のとき、電子飛行路の距離を延長して
飛行時間を増大することで、エネルギー分解能を向上さ
せることができる。
【0018】更に、飛行路の途中に減速電場を設け、飛
行する電子を減速する、例えば1000電子ボルトの電子を
40電子ボルトに減速することにより、飛行時間が大幅に
増大でき、エネルギー分解能が向上する。
行する電子を減速する、例えば1000電子ボルトの電子を
40電子ボルトに減速することにより、飛行時間が大幅に
増大でき、エネルギー分解能が向上する。
【0019】なお、X線などによる照射で物質から放出
される電子は、広い立体角に分布するが、飛行路に電場
或は磁場によるレンズを設け、広い立体角に放出される
電子を、遠くに離れて設置された電子流計測器の上にス
リット状或はスポット状に集光させることで、電子の捕
捉率が高められる。
される電子は、広い立体角に分布するが、飛行路に電場
或は磁場によるレンズを設け、広い立体角に放出される
電子を、遠くに離れて設置された電子流計測器の上にス
リット状或はスポット状に集光させることで、電子の捕
捉率が高められる。
【0020】一方、電子の飛行時間を測定する電子流計
測器としては、時間分解能が2ナノ秒程度で、かつ高感
度のものが求められるが、このように高感度の電子流計
測器が求められない場合には、電子流計測器を次のよう
な手段によって構成してもよい。
測器としては、時間分解能が2ナノ秒程度で、かつ高感
度のものが求められるが、このように高感度の電子流計
測器が求められない場合には、電子流計測器を次のよう
な手段によって構成してもよい。
【0021】即ち、時間的に掃引された電場を印加する
などの手段で、電子の飛行方向とは異なる、例えば直交
する方向に、電子を偏向することで、飛行時間分布を空
間分布に変換すれば、テレビカメラ或は画像検出器の使
用が可能になり、データ処理が容易になる。
などの手段で、電子の飛行方向とは異なる、例えば直交
する方向に、電子を偏向することで、飛行時間分布を空
間分布に変換すれば、テレビカメラ或は画像検出器の使
用が可能になり、データ処理が容易になる。
【0022】また、上述のようにスリット或はピンホー
ルなどを通過させて空間的に限定した電子流を掃引偏向
させることで、エネルギー分解能が高く保たれる。
ルなどを通過させて空間的に限定した電子流を掃引偏向
させることで、エネルギー分解能が高く保たれる。
【0023】更に、高電圧の印加により電子を高速に加
速する、チャンネルトロン、チャンネルプレート等を用
い、或はこれらを組み合わせるなどの手段を施して電子
流を増倍することにより、極めて微弱な電子流も計測可
能となる。
速する、チャンネルトロン、チャンネルプレート等を用
い、或はこれらを組み合わせるなどの手段を施して電子
流を増倍することにより、極めて微弱な電子流も計測可
能となる。
【0024】なお、チャンネルプレートなどは、その感
度が入射電子のエネルギーに依存することが知られてい
るが、前述の高電圧の印加による電子の加速を、感度の
エネルギー依存性が大きくないエネルギー領域で電子を
加速することにより、データ処理を容易にできる、とい
う利点があるが、その増幅能力の持続時間を極めて短か
くし、それをパルス状に発生する電子流と同期させるこ
とで、更に信号対雑音比が改善できる。
度が入射電子のエネルギーに依存することが知られてい
るが、前述の高電圧の印加による電子の加速を、感度の
エネルギー依存性が大きくないエネルギー領域で電子を
加速することにより、データ処理を容易にできる、とい
う利点があるが、その増幅能力の持続時間を極めて短か
くし、それをパルス状に発生する電子流と同期させるこ
とで、更に信号対雑音比が改善できる。
【0025】
【発明の効果】この発明によれば、超短パルスX線など
のパルス励起で試料から放出された電子を、極めて高い
検出効率で、しかも高分解能で分光することができ、こ
れにより超短パルスX線などの励起を計測手段とする、
表面状態の高速現像の研究などの新たな応用分野の発達
に寄与することができる。
のパルス励起で試料から放出された電子を、極めて高い
検出効率で、しかも高分解能で分光することができ、こ
れにより超短パルスX線などの励起を計測手段とする、
表面状態の高速現像の研究などの新たな応用分野の発達
に寄与することができる。
【0026】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例に基づいて詳
細に説明する。図1は、この発明の一実施例を示すもの
であり、1は試料、2は極短パルスレーザー生成プラズ
マ等のパルスX線照射器、3は減速用グリット、4は所
定の距離をもって設定された電子流の飛行路、5は電子
流計測器である。
細に説明する。図1は、この発明の一実施例を示すもの
であり、1は試料、2は極短パルスレーザー生成プラズ
マ等のパルスX線照射器、3は減速用グリット、4は所
定の距離をもって設定された電子流の飛行路、5は電子
流計測器である。
【0027】電子流計測器5は、この実施例ではその先
端部にスリット6を設け、スリット6の後方には加速電
場7、偏向用電場8を設け、更に偏向用電場8の後方に
はチャンネルプレート9、蛍光板10、光学レンズ11、カ
メラ12を配置して構成される。
端部にスリット6を設け、スリット6の後方には加速電
場7、偏向用電場8を設け、更に偏向用電場8の後方に
はチャンネルプレート9、蛍光板10、光学レンズ11、カ
メラ12を配置して構成される。
【0028】更に、電子流の飛行路の両側には電子流が
スリット6に集光されるように電子レンズ13を配置す
る。
スリット6に集光されるように電子レンズ13を配置す
る。
【0029】ここで、パルスX線照射器2からパルスX
線を試料1に照射すると、試料1の表面よりパルス状の
電子ビームeを発生させる。この電子ビームeをグリッ
ト3で電子エネルギーを調整した後、長い飛行路4を通
過させることにより、スリット6の上で、電子のエネル
ギースペクトルが電子流の時間変化に変換される。
線を試料1に照射すると、試料1の表面よりパルス状の
電子ビームeを発生させる。この電子ビームeをグリッ
ト3で電子エネルギーを調整した後、長い飛行路4を通
過させることにより、スリット6の上で、電子のエネル
ギースペクトルが電子流の時間変化に変換される。
【0030】なお、この実施例では飛行路5の両側に電
子レンズ13が設け、試料1から発生する電子を、電子レ
ンズ13を用いてスリット4の上に集光させることによ
り、電子の捕捉率を高めるようにしてある。
子レンズ13が設け、試料1から発生する電子を、電子レ
ンズ13を用いてスリット4の上に集光させることによ
り、電子の捕捉率を高めるようにしてある。
【0031】次に十分な飛行時間差を作り出した後、加
速電場7で加速することで、信号を増倍する。また高速
に時間変化する偏向用電場8を印加して、飛行方向と直
交する方向に電子eを偏向させることで、電子流の時間
変化を空間変化に変換し、一次元アレイ或は二次元画像
検出器を用いて、電子のエネルギースペクトルが容易に
記録できるようにする。
速電場7で加速することで、信号を増倍する。また高速
に時間変化する偏向用電場8を印加して、飛行方向と直
交する方向に電子eを偏向させることで、電子流の時間
変化を空間変化に変換し、一次元アレイ或は二次元画像
検出器を用いて、電子のエネルギースペクトルが容易に
記録できるようにする。
【0032】更に空間分布に変換された電子エネルギー
分布は、チャンネルプレート9などで増幅し、蛍光板10
で光に変換した後、光学レンズ11などを用いてカメラ12
で観察する。
分布は、チャンネルプレート9などで増幅し、蛍光板10
で光に変換した後、光学レンズ11などを用いてカメラ12
で観察する。
【0033】なお、この場合パルス電圧を印加するなど
して、電子の発生と同期させた短いパルス幅の間だけチ
ャンネルプレートなどが増幅能力を持つようにすること
により、信号対雑音比が向上できる。
して、電子の発生と同期させた短いパルス幅の間だけチ
ャンネルプレートなどが増幅能力を持つようにすること
により、信号対雑音比が向上できる。
【図1】この発明の一実施例を示す概略図
【図2】従来使用されていた静電半球型エネルギー分析
器の原理説明図
器の原理説明図
1 試料 2 パルスX線照射器 3 減速用グリット 4 電子流の飛行路 5 電子流計測器 6 スリット 7 加速電場 8 偏向用電場 9 チャンネルプレート 10 蛍光板 11 光学レンズ 12 カメラ 13 電子レンズ e 電子ビーム R1,R2 静電半球型エネルギー分析器を構成する二つの
球面電極 S 入射スリット E 出射面 D 一次元アレイ或は二次元画像検出器 α スリットSに入射する角度幅
球面電極 S 入射スリット E 出射面 D 一次元アレイ或は二次元画像検出器 α スリットSに入射する角度幅
Claims (7)
- 【請求項1】 パルスX線乃至パルス超短波長紫外線を
試料に照射し、該試料から放出される電子を所定距離飛
行させ、その飛行時間を測定することを特徴とする電子
分光方法。 - 【請求項2】 パルスX線乃至パルス超短波長紫外線の
照射手段と、パルスX線乃至パルス超短波長紫外線を試
料に照射させる際に試料から放出される電子を所定距離
飛行させる飛行路と、その飛行時間を測定する電子流計
測手段からなることを特徴とする電子分光装置。 - 【請求項3】 飛行路の電子流を減速或は加速する手段
を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
電子分光装置。 - 【請求項4】 電子流計測手段の先端部にスリット或は
アパーチャーを設け、飛行路の電子流を電場或は磁場に
より上記スリット或はアパーチャーに集光する手段を備
えた特許請求の範囲第2項記載の電子分光装置。 - 【請求項5】 電子流計測手段が電子を、その飛行方向
とは異なる方向に偏向させる手段を備えた特許請求の範
囲第2項記載の電子分光装置。 - 【請求項6】 電子流計測手段が電子の加速、チャンネ
ルトロン、チャンネルプレートその他の方法により、電
子流を増倍させる手段を備えた特許請求の範囲第2項記
載の電子分光装置。 - 【請求項7】 電子流の増倍させる手段の能力を時間的
に変化させる手段を備えた特許請求の範囲第6項記載の
電子分光装置。
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GB9313950A GB2268802B (en) | 1992-07-09 | 1993-07-06 | Electron spectroscopy apparatus |
DE19934322852 DE4322852C2 (de) | 1992-07-09 | 1993-07-08 | Elektronenspektroskopiegerät |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008020386A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Jeol Ltd | オージェ電子分光による化学状態分析法及び装置 |
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1992
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-
1993
- 1993-07-06 GB GB9313950A patent/GB2268802B/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-08 DE DE19934322852 patent/DE4322852C2/de not_active Expired - Fee Related
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GB9313950D0 (en) | 1993-08-18 |
JP2764505B2 (ja) | 1998-06-11 |
DE4322852A1 (de) | 1994-01-13 |
DE4322852C2 (de) | 1999-10-14 |
GB2268802B (en) | 1995-12-20 |
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