DE112017000260B4

DE112017000260B4 - Ladungsteilchendetektor, Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und Massenspektrometer

Info

Publication number: DE112017000260B4
Application number: DE112017000260.5T
Authority: DE
Inventors: Shin Imamura; Takashi Ohshima; Tomonobu Tsuchiya; Hajime Kawano; Makoto Suzuki
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: DE112017000260T5; JP6576257B2; JP2017135039A; WO2017130987A1; US11062892B2; US20190027351A1

Abstract

Ladungsteilchendetektor, der einen lichtemittierenden Abschnitt (1) enthält, der eine Schichtungsstruktur aufweist, in der eine Schicht (21), die GaInN enthält, und eine GaN-Schicht (22) geschichtet sind, wobei der Ladungsteilchendetektoreine leitfähige Schicht (2) umfasst, die sich mit der Schicht (21), die GaInN enthält, in Kontakt befindet und die auf einer Seite einer Einfallsfläche für geladene Teilchen der Schichtungsstruktur vorgesehen ist, undeine Anzahl der Schichten (21), die GaInN enthalten, in einem Bereich von 5 bis 25 liegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ladungsteilchendetektor und eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und insbesondere auf einen Ladungsteilchendetektor, der mit einer Quantenpotentialtopfstruktur versehen ist, und auf eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die mit dem Ladungsteilchendetektor versehen ist.
Hintergrundgebiet
Eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die geladene Teilchen detektiert, die erhalten werden, indem eine Probe mit einem Strahl geladener Teilchen wie etwa einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, ist mit einem Detektor versehen, der die geladenen Teilchen detektiert. Wenn z. B. Elektronen detektiert werden, die durch Abtasten eines Elektronenstrahls über der Probe von der Probe emittiert werden, werden die Elektronen zu einem Szintillator in einem Elektronendetektor geleitet, indem eine positive Spannung von näherungsweise 10 kV an den Detektor angelegt wird. Das Licht, das durch den Szintillator aufgrund des Elektronenbeschusses erzeugt wird, wird zu einer Lichtleitung geleitet und durch ein lichtempfangendes Element wie etwa eine Fotozelle in ein elektrisches Signal umgesetzt, das als ein Bildsignal oder ein Wellenformsignal verwendet werden soll.
Das Patentdokument 1 offenbart einen Szintillator mit einem Leuchtkörper, der eine InGaN/GaN-Quantenpotentialtopfschicht enthält, die auf einem Substrat gebildet ist. Ferner beschreibt das Patentdokument 1 das Bereitstellen einer Abdeckschicht, die eine höhere Bandlückenenergie als ein bildendes Material einer Nitrid-Halbleiterschicht, die die InGaN/GaN-Quantenpotentialtopfschicht enthält, aufweist, auf der InGaN/GaN-Quantenpotentialtopfschicht und ferner das Bereitstellen einer Metallunterlagenschicht, die mit Al konfiguriert ist, auf der Abdeckschicht.
Das Patentdokument 2 beschreibt das Bereitstellen einer Abdeckschicht, die erhalten wird, indem eine GaN-Schicht auf einer Mehrschichtstruktur gezüchtet wird, in der GaInN und GaN abwechselnd geschichtet sind, und ferner das Aufdampfen eines dünnen AI-Films auf die Abdeckschicht zum Verhindern von statischer Aufladung während der Elektroneninjektion. Patentdokument 3 beschreibt einen Szintillator, der aus einer Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleiterschicht besteht. Patentdokument 4 offenbart einen lichtemittierenden Körper, der Fluoreszenz als Reaktion auf den Einfall von Elektronen emittiert. NPL1 zeigt zeitaufgelöste Photo- und Radiolumineszenz-Studien in denen InGaN/GaN-Quantentöpfe als schnelle Szintillatoren untersucht werden. NPL2 beschreibt die Entwicklung von UV/Blau-Photonen-Zähldetektoren mit hoher Quanteneffizienz und hoher Verstärkung auf der Grundlage von A1GaN/InGaN-Photokathoden-Heterostrukturen, die durch Molekularstrahlepitaxie hergestellt wurden.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente:

Patentdokument 1: JP 2005 - 298 603 A (entspricht US 7 910 895 B2 )
Patentdokument 2: JP 2014 - 032 029 A
Patentdokument 3: US 2004 / 0 069 950 A1
Patentdokument 4; EP 1 736 524 A1

Nicht-Patentliteratur:

NPL1: G. Balakrishnan, Time-resolved photo and radio-luminescence studies demonstrate the possibility of using InGaN/GaN quantum wells as fast scintillators, Nanotechnology 26 (2015), S. 090501-1 - 090501-2
NPL 2: J. Buckley et al., High Quantum Efficiency AIGaN/InGaN Photodetectors, No. FinalReport. Washington Univ., St. Louis, MO (United States), 2009.

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Problemstellung
Die Elektronen, die auf den Szintillator einfallen, sind negativ geladen. Wenn derartige Elektronen im Szintillator bleiben, stößt das Elektron später einfallende Elektronen ab, was zu einer Verringerung einer Menge der einfallenden Elektronen führt. Ferner wird etwas Zeit benötigt, damit einige zurückbleibende Elektronen nach dem Einfallen auf den Szintillator Licht emittieren, was eine Verringerung einer Emissionsgeschwindigkeit bewirkt. Wie in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben ist, wurde aus den Überlegungen durch die Erfinder deutlich gemacht, dass die Abdeckschicht, die auf der Quantenpotentialtopfschicht gebildet ist, bewirkt, dass die zurückbleibenden Elektronen in der Quantenpotentialtopfschicht bleiben.
Im Folgenden werden ein Ladungsteilchendetektor und eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit der Aufgabe, geladene Teilchen, die auf einen Szintillator einfallen, sofort zu beseitigen, während ein hoher Emissionsausgang erreicht wird, vorgeschlagen.
Mittel zum Lösen der Problemstellung
Als ein Aspekt zum Lösen der Aufgabe wird im Folgenden ein Ladungsteilchendetektor vorgeschlagen, der einen lichtemittierenden Abschnitt enthält, der eine Schichtungsstruktur aufweist, in der eine Schicht, die GaInN enthält, und eine GaN-Schicht geschichtet sind, wobei der Ladungsteilchendetektor eine leitfähige Schicht enthält, die sich mit der Schicht, die GaInN enthält, in Kontakt befindet und die auf einer Seite einer Einfallsfläche für geladene Teilchen der Schichtungsstruktur vorgesehen ist.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, geladene Teilchen, die auf einen Szintillator einfallen, sofort zu beseitigen, während ein hoher Emissionsausgang erreicht wird.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Grundkonfiguration eines Elektronenmikroskops veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Szintillators veranschaulicht.
3 ist eine grafische Darstellung, die ein Emissionsspektrum des Szintillators veranschaulicht.
4 ist eine grafische Darstellung, die Änderungen einer Emissionsintensität relativ zu einer Änderung einer Quantenpotentialtopfschicht im Zeitablauf veranschaulicht.
5 ist eine grafische Darstellung, die ein Emissionsspektrum pro Struktur des Szintillators veranschaulicht.
6 ist eine grafische Darstellung, die eine Änderung einer Emissionsintensität des Szintillators im Zeitverlauf veranschaulicht.
7 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Verhältnis der Quantenpotentialtopfschicht zu einer Grenzschicht und der Emissionsintensität veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Massenspektrometers veranschaulicht.
9 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Dicke einer Quantenpotentialtopfstruktur 3 und der Emissionsintensität veranschaulicht.

Arten der Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und dergleichen eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die mit einem Detektor versehen ist, der einen Szintillator als Detektionselement aufweist, beschrieben. Ein Beispiel für ein Elektronenmikroskop, insbesondere ein Rasterelektronenmikroskop, wird im Folgenden beschrieben; jedoch ist eine im Folgenden zu beschreibende Ausführungsform nicht auf das Beispiel eingeschränkt, sondern ebenso auf andere Vorrichtungen mit einem Strahl geladener Teilchen wie etwa ein Rasterionenmikroskop unter Verwendung eines lonenstrahls anwendbar. Ferner ist die Ausführungsform auf eine Messvorrichtung, eine Prüfvorrichtung, eine Beobachtungsvorrichtung und dergleichen für ein Halbleitermuster anwendbar, die ein Rasterelektronenmikroskop verwenden.
Es wird angenommen, dass sich ein Szintillator, der in der vorliegenden Beschreibung erwähnt wird, auf eine Vorrichtung bezieht, auf die ein Strahl geladener Teilchen einfällt, und die Licht emittiert. Der Szintillator in der vorliegenden Ausführungsform kann diverse Formen und Strukturen annehmen, ohne auf jene eingeschränkt zu sein, die in der Ausführungsform beschrieben sind.
1 ist ein Diagramm, das eine Grundkonfiguration eines Elektronenmikroskops veranschaulicht. Eine Probe 8 wird mit einem primären Elektronenstrahl 12 bestrahlt, der von einer Elektronenquelle 9 emittiert wird, und sekundäre Teilchen 14 wie etwa sekundäre Elektronen oder reflektierte Elektronen werden emittiert. Die sekundären Teilchen 14 werden derart angezogen, dass sie auf einen Szintillator S einfallen. Wenn die sekundären Teilchen 14 auf den Szintillator S einfallen, emittiert der Szintillator S Licht. Das Licht, das durch den Szintillator S emittiert wird, wird durch eine Lichtleitung 11 geleitet und durch ein lichtempfangendes Element 7 in ein elektrisches Signal umgesetzt. Eine Kombination des Szintillators S, der Lichtleitung 11 und des lichtempfangenden Elements 7 wird hier häufig als „Detektionssystem“ bezeichnet.
Das Signal, das durch das lichtempfangende Element 7 erhalten wird, wird in ein Bild umgesetzt, das einer Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls zugeordnet werden soll, und das Bild wird angezeigt. Eine elektronenoptisches System, das heißt, eine Ablenkeinrichtung, eine Linse, eine Blende, eine Objektivlinse und dergleichen, zum Fokussieren des primären Elektronenstrahls 12 auf die Probe und zum Bestrahlen der Probe mit dem primären Elektronenstrahl 12 sind in der Zeichnung nicht abgebildet. Das elektronenoptische System ist in einem elektronenoptischen Objektivtubus 10 eingebaut. Ferner wird die Probe 8 in einen beweglichen Zustand versetzt, indem sie auf einer Probenbühne angeordnet wird, und die Probe 8 und die Probenbühne sind in einer Probenkammer 13 angeordnet. Normalerweise wird die Probenkammer 6 während der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl in einem Vakuumzustand gehalten. Außerdem sind ein Steuerabschnitt, der die Vorgänge aller und einzelner Komponenten steuert, ein Anzeigeabschnitt, der Bilder anzeigt, ein Eingabeabschnitt, in den ein Anwender Vorgangsanweisungen für das Elektronenmikroskop eingibt, und dergleichen mit dem Elektronenmikroskop verbunden, obwohl sie nicht abgebildet sind.
Diese Konfiguration des Elektronenmikroskops ist ein Beispiel, und eine andere Konfiguration ist ebenso anwendbar, solange das Elektronenmikroskop den Szintillator, die Lichtleitung und das lichtempfangende Element enthält. Ferner enthalten die sekundären Teilchen 14 übertragene Elektronen, abgetastete und übertragene Elektronen und dergleichen. Außerdem ist um der Kürze willen lediglich ein Detektor abgebildet; alternativ können ein Detektor zur Detektion von reflektierten Elektronen und ein Detektor zur Detektion von sekundären Elektronen getrennt vorgesehen sein, oder mehrere Detektoren können zum Detektieren von Elektronen aufgrund des Unterscheidens von Azimuthwinkeln oder Höhenwinkeln vorgesehen sein.
Eine spezifische Konfiguration des Szintillators wird unten beschrieben. 2 ist ein schematisches Diagramm, das den Szintillator S einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Als ein Material eines lichtemittierenden Abschnitts 1 des Szintillators wird ein lichtemittierendes Element mit einer Quantenpotentialtopfstruktur, die GaN enthält, verwendet.
Als eine Struktur des lichtemittierenden Abschnitts 1 des Szintillators und ein Herstellungsverfahren des lichtemittierenden Abschnitts 1 des Szintillators in der ersten Ausführungsform wurde eine GaN-Pufferschicht 4 auf einem Saphirsubstrat 6 gezüchtet, und mehrere Schichten, die Ga_1-x-yAl_xIn_yN enthalten (wobei 0 ≤ x < 1,0 ≤ y <1), wurden auf der GaN-Pufferschicht 4 gezüchtet, wobei eine Komponente davon geändert wurde, wodurch eine Quantenpotentialtopfstruktur 3 gebildet wurde. Eine Al-Schicht 2 (leitfähige Schicht) wurde direkt auf der Quantenpotentialtopfstruktur 3 gebildet. Diese AI-Schicht 2 ist auf einer Seite gebildet, auf die in einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung geladene Teilchen einfallen, die detektiert werden sollen.
Das Saphirsubstrat 2 weist eine Scheibenform mit einem φ von 2 Zoll auf, und die Pufferschicht wurde derart gezüchtet, dass sie eine Dicke „c“ in einem Bereich von 3 bis 10 µm aufweist. Die Quantenpotentialtopfstruktur 3 ist derart konfiguriert, dass Quantenpotentialtopfschichten 21, die eine Komponente aus Ga_1-yIn_yN aufweisen, und Grenzschichten 22, die eine Komponente aus GaN aufweisen, in einem Bereich von 2 bis 30 Zyklen abwechselnd geschichtet sind und eine Dicke der Quantenpotentialtopfstruktur 3 in einem Bereich von 20 bis 1000 nm liegt. Die AI-Schicht 2 wurde durch Aufdampfen derart auf dieser Struktur gebildet, dass sie eine Dicke in einem Bereich von 40 bis 200 nm aufweist, um dazu zu dienen, eine statische Aufladung während der Elektroneninjektion zu verhindern. Ein Stück mit einer vorgegebenen Größe, das von diesem lichtemittierenden Abschnitt 1 abgeteilt wurde, wurde als der Szintillator verwendet. 3 veranschaulicht ein Beispiel für ein Emissionsspektrum des oben beschriebenen Szintillators.
Die Quantenpotentialtopfschichten oder die Grenzschichten sind nicht notwendigerweise bezüglich der Dicke und der Komponente identisch. Ferner kann eine Schnittstelle 5 zwischen dem lichtemittierenden Abschnitt 1 und dem Saphirsubstrat 6 entweder flach sein oder eine unregelmäßige Struktur aufweisen. Zum Beispiel ist das Bilden einer Struktur, in der vorstehende Strukturen mit einer Strukturschrittweite im Bereich von 10 bis 1000 nm und einer Strukturhöhe im Bereich von 10 bis 10000 nm ununterbrochen gebildet sind, durch Extrahieren des emittierten Lichts wirksam zum Verbessern des Emissionsausgangs.
In der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist die Quantenpotentialtopfschicht 21 an einer Position genau unter der AI-Schicht vorhanden. Die mit der AI-Schicht in Kontakt befindliche Schicht ist die Quantenpotentialtopfschicht 21, die eine Komponente aus Ga_1-yIn_yN aufweist (wobei 0 < y < 1) und die eine niedrigere Bandlückenenergie als GaN aufweist. Diese Schicht, die In enthält, weist eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die GaN-Schicht auf; ferner strömen Elektronen leicht in diese Schicht, da die Schicht eine schmale Bandlücke aufweist. Aufgrund dessen können sich die Elektronen, die auf die Quantenpotentialtopfstruktur 3 einfallen, umgehend zur AI-Schicht bewegen. Die Al-Schicht ist mit einem Leiter gebildet, derart, dass die Elektronen beseitigt werden, ohne im lichtemittierenden Abschnitt 1 des Szintillators zu bleiben.
Wenn die Elektronen, die auf die Quantenpotentialtopfstruktur 3 einfallen, nicht umgehend beseitigt werden, wirken die zurückbleibenden Elektronen, die negativ geladen sind, als eine abstoßende Kraft gegen später einfallende Elektronen, verringern eine Menge der einfallenden Elektronen und bewirken eine Verringerung des Emissionsausgangs. Außerdem bewirken die zurückbleibenden Elektronen häufig eine verzögerte Emission, was bedeutet, dass etwas Zeit benötigt wird, damit die zurückbleibenden Elektronen nach dem Einfallen Licht emittieren, was eine Beeinträchtigung der Hochgeschwindigkeitseigenschaften der Emission bewirkt.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, den Emissionsausgang zu erhöhen und die Emission zu beschleunigen, indem einfallende Elektronen sofort beseitigt werden.
4 veranschaulicht die Ergebnisse des Auswertens von Änderungen des Emissionsausgangs nach dem Einfall mit einer ziemlich hohen Geschwindigkeit in Nanosekunden. 4(a) ist eine grafische Darstellung, die eine Änderung der Emissionsintensität relativ zu einer Zeitänderung in einem Fall, bei dem sich die AI-Schicht in direktem Kontakt mit der GalnNa-Schicht befindet, veranschaulicht. Andererseits ist 4(b) eine grafische Darstellung, die eine Änderung der Emissionsintensität in einem Fall des Bildens der AI-Schicht auf der Schicht wie etwa der GaN-Schicht, die eine breite Bandlücke aufweist, veranschaulicht. Aus 4(b) wird deutlich, dass die Emission über einige zehn Nanosekunden nach dem Ansteigen der Emissionsintensität bestehen bleibt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die zurückbleibenden Elektronen eine verzögerte Emission von einigen zehn Nanosekunden bewirken, wie in 4(b) abgebildet ist. Eine derartige Emission beeinträchtigt die Hochgeschwindigkeitseigenschaften und verschlechtert die Eigenschaften der Vorrichtung. Andererseits wird aus 4(a) deutlich, dass die Emission innerhalb von 10 ns nach dem Ansteigen der Emissionsintensität verschwindet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die zurückbleibenden Elektronen teilweise umgehend beseitigt werden.
5 ist eine grafische Darstellung, die ein Emissionsspektrum des Szintillators, der derart konfiguriert ist, dass sich die AI-Schicht in direktem Kontakt mit der GaInN-Schicht befindet (in der Ausführungsform) und ein Emissionsspektrum eines Szintillators, der derart konfiguriert ist, dass eine Al-Schicht auf einer GaN-Schicht gebildet ist (in einem Vergleichsfall), veranschaulicht. Im Vergleichsfall ist eine Dicke der GaN-Pufferschicht 4, die auf dem Saphirsubstrat 6 gezüchtet wurde, kleiner oder gleich 2,5 µm.
Die Hauptemission weist Spitzen bei einer Wellenlänge im Bereich von 350 nm bis 450 nm auf. Nun wird die Aufmerksamkeit auf die Emission bei Wellenlängen, die größer oder gleich 460 nm sind, gelenkt. 5 veranschaulicht die Emissionsspektren, wobei die Emission im Bereich größer oder gleich 460 nm um das 100-fache vergrößert ist. Im Vergleichsfall wird die Emission in einem Bereich von 460 bis 700 nm beobachtet. In der Ausführungsform wird die Emission in diesem Bereich kaum beobachtet.
Es wird erachtet, dass dann, wenn ein Elektronenstrahl z. B. mit 10 kV beschleunigt wird, der Elektronenstrahl mit einer Tiefe von näherungsweise bis zu 1 µm in die Materialien der vorliegenden Ausführungsform eindringt. Hier bricht der Elektronenstrahl durch die Dicke der Quantenpotentialtopfstruktur 3 und dringt in die Pufferschicht 4 ein. In diesem Fall wird die Emission durch den Elektronenstrahl erzeugt, wenn in dem GaN der Pufferschicht viele Unreinheiten und/oder Kristallfehler enthalten sind. Im Vergleichsfall ist die Pufferschicht dünn; somit wird erachtet, dass in der Eintrefftiefe des Elektronenstrahls viele Unreinheiten und/oder Fehler in den GaN-Kristallen enthalten sind und dass die Emission im Bereich von 460 bis 700 nm erzeugt wird.
In der Ausführungsform wurde die Dicke der Pufferschicht derart eingestellt, dass sie größer oder gleich 3 µm ist, und eine Wachstumstemperatur der Pufferschicht wurde derart eingestellt, dass sie größer oder gleich 1000 °C ist. Durch eine derartige Einstellung weist die Pufferschicht in der Tiefe, in der der Elektronenstrahl in die Pufferschicht eindringt, vorzugsweise Kristallinität auf und enthält weniger Unreinheiten und/oder Fehler. Als ein Ergebnis wird die Emission in dem Bereich von 460 bis 700 nm kaum beobachtet.
Die Emission in diesem Bereich von 460 bis 700 nm entsteht nicht aus der Rekombination der Quantenpotentialtopfschichten, derart, dass die Antwortzeit dieser Emission lang ist. Aufgrund dessen weist die Emission in diesem Bereich eine längere Dämpfungszeit auf. 6 veranschaulicht eine Änderung der Emission in Sekunden. In 6 werden Dämpfungszustände der Emission nach der Elektronenstrahlinjektion verglichen. Im Vergleichsfall dämpft sich die Emission nach fünf Sekunden lediglich auf näherungsweise 1/100. In der Ausführungsform dämpft sich die Emission nach zwei Sekunden auf näherungsweise 1/100000.
Wenn die Dämpfungszeit der Emission lang ist, kann ein Elektroneneinfallsintervall nicht kurz eingestellt werden, und eine Hochgeschwindigkeitsmessung kann nicht durchgeführt werden. In der Ausführungsform ist die Dämpfungszeit ausreichend kurz, derart, dass eine Hochgeschwindigkeitsmessung durchgeführt werden kann.
Auf diese Weise wurde gezeigt, dass sich die Antworteigenschaften des Lichts in der vorliegenden Ausführungsform verglichen mit dem Vergleichsfall erheblich beschleunigten. Ein Detektor mit einem Strahl geladener Teilchen, der durch die Konfiguration mit dem Detektor, der diesen Szintillator aufweist, zur Hochgeschwindigkeitsabtastung befähigt ist und eine hohe Leistungsfähigkeit sicherstellt, wurde erhalten.
Vorzugsweise wird der in 2 veranschaulichte Szintillator unter den folgenden Bedingungen produziert. Um geeignetere Bedingungen zu entdecken, wurden Szintillatoren hergestellt, während ein Verhältnis b/a der Dicke „b“ der Grenzschicht 22 zur Dicke „a“ der Quantenpotentialtopfschicht 21 geändert wurde. Die Herstellungsbereiche sind derart, dass das Verhältnis b/a in einem Bereich von 1,5 bis 10 liegt und die Dicke „a“ der Quantenpotentialtopfschicht 21 in einem Bereich von 2 bis 4 nm liegt.
Normalerweise nimmt eine Quantenwirkung zu, wenn die Dicke der Quantenpotentialtopfschicht 21 kleiner oder gleich 4 nm ist, derart, dass es möglich ist, eine Verschiebung der Emissionswellenlänge zu kleinen Wellenlängen und eine Erhöhung des Emissionswirkungsgrads zu erwarten. Hier bewirkt allerdings die kleine Dicke der Grenzschicht 22 häufig eine Verschlechterung der Kristallinität und eine Verringerung der Emissionsintensität. Ferner bewirkt die übermäßig kleine Dicke der Quantenpotentialtopfstruktur 3 relativ zu einer Eindringstrecke des Elektronenstrahls häufig eine unzureichende Nutzung des Elektronenstrahls und die Verringerung der Emissionsintensität. Ein Bereich der höchsten Emissionsintensität wurde unter dem Einfluss dieser Wirkungen neu entdeckt.
7 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Verhältnis b/a und der Emissionsintensität veranschaulicht. Aus 7 wurde herausgefunden, dass die Emissionsintensität bis zu dem Verhältnis b/a von näherungsweise 5 zunahm und die Emissionsintensität bei dem Verhältnis b/a größer oder gleich 6 nahezu das Maximum erreichte. Mit anderen Worten, das Einstellen des Verhältnisses b/a größer oder gleich 6 kann den Szintillator realisieren, der sowohl die hohe Emissionsintensität als auch die Hochgeschwindigkeitsantwort erreichen kann.
Der Szintillator, der sowohl die hohe Emissionsintensität als auch die Hochgeschwindigkeitsantwort realisieren kann, kann eine Hochgeschwindigkeitsabtastung handhaben, derart, dass es möglich ist, eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung bereitzustellen, die durch die Hochgeschwindigkeitsabtastung außerdem ein ausreichendes S/N erfassen kann.
Außerdem wurde hinsichtlich einer Beziehung zwischen der Anzahl der Quantenpotentialtopfschichten 21 und einer Gesamtdicke der Quantenpotentialtopfstruktur 3 eine neue Wirkung entdeckt. 9 veranschaulicht eine Änderung der Emissionsintensität relativ zur Gesamtdicke der Quantenpotentialtopfstruktur 3 in der vorliegenden Ausführungsform. 9 ist ein Beispiel für das Bestrahlen der Probe mit dem Elektronenstrahl, der mit 10 kV beschleunigt wird, als dem Strahl geladener Teilchen. Es ist zu verstehen, dass die Emissionsintensität das Maximum erreicht, wenn die Gesamtdicke der Quantenpotentialtopfstruktur 3 im Bereich von 200 bis 600 nm liegt. Außerdem sind gemäß dieser Beziehung zwischen der Anzahl der Schichten und der Emissionsintensität die Eigenschaften selbst mit einer Änderung der Anzahl der Quantenpotentialtopfschichten 22 von fünf auf fünfundzwanzig nahezu gleich, wenn der Elektronenstrahl, der mit 10 kV beschleunigt wird, verwendet wird.
Dies gibt an, dass selbst dann, wenn sich die Anzahl der Quantenpotentialtopfschichten 22 zu einem gewissen Grad ändert, eine Wirkung, die durch die Gesamtdicke der Quantenpotentialtopfstruktur 3 erzeugt wird, einen größeren Einfluss auf die Emissionsintensität aufweist. Außerdem wurde herausgefunden, dass die Beziehung zwischen der Gesamtdicke der Quantenpotentialtopfstruktur 3 und der Emissionsintensität abhängig von der Beschleunigungsspannung, die an den einzustrahlenden Strahl geladener Teilchen angelegt wird, variiert. Die Strecke, über die der Strahl geladener Teilchen in die Substanzen eindringt, die mit dem Strahl geladener Teilchen bestrahlt werden, variiert abhängig von der Beschleunigungsspannung. Wie oben beschrieben ist, beträgt die Eindringstrecke des Elektronenstrahls, der mit 10 kV beschleunigt wird, in der vorliegenden Ausführungsform näherungsweise 1 µm. Aus dieser Beziehung geht hervor, dass ein wichtiger Faktor für die Emissionsintensität ist, bis zu welcher Tiefe der Elektronenstrahl die Emission bewirkt und dass die Tiefe der Quantenpotentialtopfstruktur 3, in der die Emission erzeugt wird, näherungsweise im Bereich von einem Fünftel bis drei Fünfteln der Eindringstrecke des Elektronenstrahls liegt.
Ferner ist die kleinere Anzahl der Quantenpotentialtopfschichten 22 vorteilhaft für die Emissionseigenschaften, da die Unordnung der bildenden Kristalle geringer ist und Kristallfehler, die eine unnötige Emission bewirken, abnehmen. Aufgrund dessen wird angegeben, dass dann, wenn die Tiefe der Quantenpotentialtopfstruktur 3 größer oder gleich einer Hälfte der Eindringstrecke des Strahls geladener Teilchen gehalten wird, die Anzahl der Quantenpotentialtopfschichten 22 zu einem gewissen Grad einen Freiheitsgrad aufweisen, jedoch kann das Verringern der Anzahl der Quantenpotentialtopfschichten 22 insbesondere in einem bestimmten Bereich zum Verbessern der Emissionseigenschaften beitragen. Durch die Überlegungen in der vorliegenden Ausführungsform wurde herausgefunden, dass der Bereich der Anzahl der Quantenpotentialtopfschichten 22 im Bereich von 5 bis 25 lag.
Obwohl oben hauptsächlich ein Beispiel für das Anwenden des Szinti-Ilators auf den Detektor im Rasterelektronenmikroskop oder dergleichen beschrieben worden ist, kann der oben beschriebene Szintillator als ein Detektor in einem Massenspektrometer übernommen werden. 8 ist eine erläuterndes Diagramm einer Konfiguration eines Massenspektrometers. Das Massenspektrometer unterwirft Ionen durch einen elektromagnetischen Vorgang einer Massentrennung und misst die Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der zu messenden Ionen. Typen eines Massentrennungsabschnitts umfassen einen QMS-Typ, einen lonenfallentyp, einen Flugzeit-Typ (TOF-Typ), einen FT-ICR-Typ, einen Orbitrap-Typ, einen aus diesen Typen zusammengesetzten Typ und dergleichen. In dem in 8 veranschaulichten Massenspektrometer wird bewirkt, dass die durch den Massentrennungsabschnitt massengetrennten Ionen eine Umwandlungselektrode beschießen, die als „Umwandlungs-Dynode“ bezeichnet ist, um die Ionen in geladene Teilchen umzuwandeln, die erzeugten geladenen Teilchen werden durch den Szintillator detektiert, und daraufhin wird das emittierte Licht detektiert, wodurch ein Signalausgang erhalten wird. Das Anwenden des oben genannten Szintillators auf den Szintillator im Massenspektrometer, das in 8 veranschaulicht ist, macht es möglich, das Massenspektrometer bereitzustellen, das zu einer Hochgeschwindigkeits-, Hochempfindlichkeitsanalyse befähigt ist.
Bezugszeichenliste

1: lichtemittierender Abschnitt des Szintillators
2: AI-Schicht
3: Quantenpotentialtopfstruktur
4: Pufferschicht
5: Schnittstelle lichtemittierender Abschnitt - Substrat
6: Substrat
7: lichtempfangendes Element
8: Probe
9: Elektronenquelle
10: elektronenoptischer Objektivtubus
11: Lichtleitung
12: primärer Elektronenstrahl
13: Probenkammer
14: sekundärer Elektronenstrahl
21: Quantenpotentialtopfschicht
22: Grenzschicht

Claims

Ladungsteilchendetektor, der einen lichtemittierenden Abschnitt (1) enthält, der eine Schichtungsstruktur aufweist, in der eine Schicht (21), die GaInN enthält, und eine GaN-Schicht (22) geschichtet sind, wobei der Ladungsteilchendetektor eine leitfähige Schicht (2) umfasst, die sich mit der Schicht (21), die GaInN enthält, in Kontakt befindet und die auf einer Seite einer Einfallsfläche für geladene Teilchen der Schichtungsstruktur vorgesehen ist, und eine Anzahl der Schichten (21), die GaInN enthalten, in einem Bereich von 5 bis 25 liegt.
Ladungsteilchendetektor nach Anspruch 1, wobei eine Beziehung zwischen einer Dicke „a“ der Schicht (21), die GaInN enthält, und einer Dicke „b“ der GaN-Schicht (22) b/a ≥ 6 ist.
Ladungsteilchendetektor nach Anspruch 1, wobei der lichtemittierende Abschnitt (1) eine Dicke aufweist, die von einem Fünftel bis zu drei Fünfteln einer Eindringstrecke eines Strahls (12) geladener Teilchen reicht.
Ladungsteilchendetektor nach Anspruch 1, wobei der lichtemittierende Abschnitt (1) auf einem Substrat (6) gebildet ist und vorstehende Strukturen, die ununterbrochen gebildet sind und eine Schrittweite im Bereich von 10 bis 2000 nm und eine Höhe im Bereich von 10 bis 20000 nm aufweisen, entweder zwischen dem Substrat (6) und dem lichtemittierenden Abschnitt (1) oder auf dem Substrat (6) gebildet sind.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die einen Detektor (7) enthält, der geladene Teilchen detektiert, die durch eine Bestrahlung mit einem Strahl (12) geladener Teilchen, der von einer Ladungsteilchenquelle (9) emittiert wird, erhalten werden, wobei der Detektor einen lichtemittierenden Abschnitt (1) enthält, der eine Schichtungsstruktur aufweist, in der eine Schicht (21), die GaInN enthält, und eine GaN-Schicht (22) geschichtet sind, und eine leitfähige Schicht (2) enthält, die sich mit der Schicht (21), die GaInN enthält, in Kontakt befindet und die auf einer Seite einer Einfallsfläche für geladene Teilchen der Schichtungsstruktur vorgesehen ist, und eine Anzahl der Schichten (21), die GaInN enthalten, in einem Bereich von 5 bis 25 liegt.
Massenspektrometer, das einen Detektor (7) enthält, der Ionen detektiert, die einer Massentrennung unterworfen werden, wobei der Detektor (7) einen lichtemittierenden Abschnitt (1) enthält, der eine Schichtungsstruktur aufweist, in der eine Schicht (21), die GaInN enthält, und eine GaN-Schicht (22) geschichtet sind, und eine leitfähige Schicht (2) enthält, die sich mit der Schicht (21), die GaInN enthält, in Kontakt befindet und die auf einer Seite einer Einfallsfläche für geladene Teilchen der Schichtungsstruktur vorgesehen ist, und eine Anzahl der Schichten (21), die GaInN enthalten, in einem Bereich von 5 bis 25 liegt.