JP2005085540A

JP2005085540A - オージェー光電子コインシデンス分光器、及びオージェー光電子コインシデンス分光法

Info

Publication number: JP2005085540A
Application number: JP2003314462A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Mase; 一彦間瀬; Hidekazu Kobayashi; 英一小林; Yoshiharu Kobayashi; 芳治小林; Shinichi Terajima; 眞一寺嶋
Original assignee: High Energy Accelerator Research Organization
Current assignee: High Energy Accelerator Research Organization
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: JP3968436B2

Abstract

【課題】簡易かつ廉価にオージェー光電子コインシデンスを高効率で検出することができる、新規なオージェー光電子コインシデンス分光器及びオージェー光電子コインシデンス分光法を提供する。
【解決手段】同軸対称鏡電子エネルギー分析器を準備し、この同軸対称鏡電子エネルギー分析器内において同心状にミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器を配置する。前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器で所定の試料からの光電子を検出し、前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器で前記試料からのオージェ電子を検出する。次いで、マルチチャンネルスケーラーを準備し、前記マルチチャンネルスケーラーのトリガー側に前記光電子のシグナルを導入し、前記マルチチャンネルスケーラーの入力側に前記オージェ電子のシグナルを導入して、前記オージェ電子シグナルを前記光電子シグナルでトリガーし、得られたオージェー光電子コインシデンスシグナルを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オージェー光電子コインシデンス分光器、及びオージェー光電子コインシデンス分光法に関する。

オージェー光電子コインシデンス分光器としては、一般に２個の電子エネルギー分析器を組み合わせて製作する。例えば、（１）２個の同心半球型分析器(H.W.Haak et al., Rev. Sci. Instrum. 55(1984)696)や（２）２個のバブルパス円筒鏡分析器(E.Jensen et al., Rev. Sci. Instrum. 63(1992)3013)、あるいは（３）２個の１２７°共軸円筒分析器(S.Thurgate et al., Rev. Sci. Instrum.61(1990)3733)を組み合わせたものが提案されていた。

しかしながら、上述した（１）〜（３）の分析器では立体角が小さいために、オージェー光電子コインシデンスシグナルの検出効率が低いという問題がある。また、２個の分析器の位置調整が難しいという問題がある。さらに専用の超高真空槽が必要であり、これら分析器の製作コストが高いため、オージェー光電子コインシデンス分光器全体としてコスト高となる問題がある。

本発明は、簡易かつ廉価にオージェー光電子コインシデンスを高効率で検出することができる、新規なオージェー光電子コインシデンス分光器及びオージェー光電子コインシデンス分光法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
円筒形状の第１の内電極、この第１の内電極と同心円状に配置された第１の外電極、並びに前記第１の内電極及び前記第１の外電極の後方において、これら電極の中心軸上に配置された電子検出器を含む同軸対称鏡電子エネルギー分析器と、
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器の、前記内電極内に配置され、円筒形状の第２の内電極、この第２の内電極と同心円状に配置された第２の外電極、並びに前記第２の内電極及び前記第２の外電極の後方に配置された電子増倍管を含むミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器と、
を具えることを特徴とする、オージェー光電子コインシデンス分光器に関する。

前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器は、例えば前記第２の内電極の外径が１１ｍｍ以下、前記第２の外電極の内径が２４ｍｍ以下、その全体の外径を２６ｍｍ以下とすることができる。すなわち、前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器は、従来最小とされていた、３０ｍｍの外径を有する円筒鏡電子エネルギー分析器(Rev. Sci. Instrum. 69 (1998)3805)よりも小型化することができる。

したがって、ｘｙｚ位置調整機構及びティルト調整機構などを用いることにより、前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器及び前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器間の位置調整を簡易に行うことができる。

また、前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器の小型化に伴って、オージェー光電子コインシデンス分光器全体を小型化できるために、前記分光器を多目的超高真空槽内に取り付けることができるようになる。さらに、オージェー光電子コインシデンス分光器全体の構成が簡易化される。この結果、前記分光器全体の製作コストを低減することができる。

また、前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器は、従来の円筒鏡電子エネルギー分析器などと比較して十分に大きい０．７２ｓｒ以上の立体角を有するようになる。したがって、このような分析器を有する本発明のオージェー光電子コインシデンス分光器は、広範囲のオージェ電子を検出することができ、目的とするオージェー光電子コインシデンスシグナルを高効率で検出することができる。

また、上述したオージェー光電子コインシデンス分光器を用いることにより、本発明のオージェー光電子コインシデンス分光法を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、簡易かつ廉価にオージェー光電子コインシデンスを高効率で検出することができる、新規なオージェー光電子コインシデンス分光器及びオージェー光電子コインシデンス分光法を提供することができる。

以下、本発明のその他の特徴及び利点、並びに上述したオージェー光電子コインシデンス分光器を用いた、オージェー光電子コインシデンス分光法について詳細に説明する。

図１は、本発明のオージェー光電子コインシデンス分光器の一例を示す構成図である。図１に示すオージェー光電子コインシデンス分光器１０は、同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０と、その内部に同心状に組み込まれたミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０とを具えている。

同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０は、円筒形状の第１の内電極２１、及び同じく円筒形状の第１の外電極２２を含んでいる。これら内電極２１及び外電極２２は、これらの電極が形成する内部空間を通る同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０の中心軸Ａ−Ａ線上において同軸となるように配置されている。また、第１の内電極２１及び第１の外電極２２の後方には、中心軸Ａ−Ａ線上において電子検出器２３が配置されている。また、第１の内電極２１及び第１の外電極２２の前方及び後方には、中心部を除く端部を覆うようにして、円板状の補助電極２４が設けられている。

第１の内電極２１はメッシュ状である。電子検出器２３は例えばＭＣＰ（浜松ホトニクス、Ｆ４６５５）などから構成することができる。

ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０は、円筒形状の第２の内電極３１、及び同じく円筒形状の第２の外電極３２を含んでいる。これら内電極３１及び外電極３２は、中心軸Ａ−Ａ線上において同軸となるように配置されており、この結果、上述したように、同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０及びミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０は、互いに同心状に配置されている。また、第２の内電極３１及び第２の外電極３２の後方には、中心軸Ａ−Ａ線上において電子増倍管３３が配置されている。

また、同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０及びミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０前方の、中心軸Ａ−Ａ線上には計測すべき試料Ｓが配置されている。

図１に示すオージェー光電子コインシデンス分光器１０では、同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０の第１の内電極２１の電位は０Ｖに保持され、ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０の第２の内電極３１の電位も０Ｖに保持されている。そして、同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０の、第１の外電極２２及び補助電極２４、並びにミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０の第２の外電極３２には、後に説明する外部制御回路より、同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０内に計測すべき光電子を効率的に導入するとともに、ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０内に計測すべきオージェ電子を効率的に導入するための、安定的な電場を形成すべく、それぞれ所定の電圧を印加できるように構成されている。

ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０は、第２の内電極３１の外径が１１ｍｍ以下、第２の外電極３２の内径が２４ｍｍ以下、その全体の外径を２６ｍｍ以下とすることができる。すなわち、ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０は、従来最小とされていた、３０ｍｍの外径を有する円筒鏡電子エネルギー分析器(Rev. Sci. Instrum. 69 (1998)3805)よりも小型化することができる。

なお、オージェー光電子コインシデンス分光器１０は、図示しないｘｙｚ位置調整機構及びティルト調整機構などを具えている。同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０及びミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０を中心軸Ａ−Ａ上に配置するに際しては、前記ティルト調整機構を介してコンフラットフランジを中心軸Ａ−Ａ上に設け、分析器２０及び３０を前記コンフラットフランジ上で一体的に組み合わせることによって得ることができる。

このように、ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０は十分に小型化されており、ｘｙｚ位置調整機構及びティルト調整機構などを用いることにより、同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０及びミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０間の位置調整を簡易に行うことができるようになる。具体的には約１０分程度で位置調整を行うことができるようになる。

また、ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０の小型化に伴って、オージェー光電子コインシデンス分光器１０全体を小型化できるために、分光器１０を多目的超高真空槽内に取り付けることができるようになる。さらに、オージェー光電子コインシデンス分光器１０全体の構成が簡易化される。この結果、分光器１０全体の製作コストを低減することができる。

また、ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０は、従来の円筒鏡電子エネルギー分析器などと比較して十分に大きい０．７２ｓｒ以上の立体角を有するようになる。したがって、このような分析器３０を有するオージェー光電子コインシデンス分光器１０は、広範囲のオージェ電子を検出することができ、目的とするオージェー光電子コインシデンスシグナルを高効率で検出することができる。

次に、図１に示すオージェー光電子コインシデンス分光器１０を用いてオージェー光電子コインシデンスシグナルを検出する方法について説明する。

上述したように、図１に示すオージェー光電子コインシデンス分光器１０及び試料Ｓは、所定の多目的超高真空槽内に配置する。次いで、図１に示すように、試料Ｓに放射光Ｒを例えば角度８４°で入射させる。このとき、試料Ｓからは光電子Ｘ及びオージェ電子Ｙが放出され、光電子Ｘは同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０内を飛行して電子検出器２３で検出される。一方、オージェ電子Ｙはミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０内を飛行して電子像倍管３３で検出される。

電子検出器２３で検出された光電子Ｘのシグナルは、増幅器４１で増幅された後、弁別器４２を経てマルチチャンネルスケーラー４６のトリガー側に導入される。一方、電子像倍管３３で検出されたオージェ電子Ｙのシグナルは、増幅器４３で増幅された後、弁別器４４を経るとともに、遅延装置４５を経ることによって、光電子Ｘの前記シグナルに対して所定時間遅延した状態で、マルチチャンネルスケーラー４６の入力側に導入する。

このとき、マルチチャンネルスケーラー４６において、光電子Ｘの前記シグナルでオージェ電子Ｙの前記シグナルをトリガーすると、光電子Ｘの放出過程に由来するオージェ電子シグナル、すなわちオージェー光電子コインシデンスシグナルを得ることができる。前記オージェー光電子コインシデンスシグナルに関するスペクトルは、例えば光電子Ｘ及びオージェ電子Ｙの飛行時間差をパラメータとしてグラフ化することによって得ることができる。このようなグラフ化は、マルチチャンネルスケーラー４６から所定の電気信号が計算機４７に送信されることによって、計算機４７において自動的に実施される。

なお、計算機４７からは所定の制御信号が電源４８に供給され、これによって、前述したオージェー光電子コインシデンスシグナルの検出が常に最適な状態となるように、同軸対称鏡電子エネルギー分析器２０の第１の外電極２２及びミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器３０の第２の外電極３２などの電位が調節できるように構成されている。

試料ＳとしてＳｉ単結晶を用い、このＳｉ単結晶の（１１１）面にｐ偏向の放射光を角度８４°で入射し、Ｓｉ２ｐ光電子及びＳｉＬＶＶオージェ電子を得、これを検出することによってこれら電子に起因したシグナルを得た。次いで、前記Ｓｉ２ｐ光電子のシグナルを増幅した後マルチチャンネルスケーラーのトリガー側に導入し、前記ＳｉＬＶＶオージェ電子のシグナルを増幅及び約２μ秒遅延させて、前記マルチチャンネルスケーラーの入力側に導入した。

その後、前記Ｓｉ２ｐ光電子の前記シグナルで前記ＳｉＬＶＶオージェ電子の前記シグナルをトリガーし、オージェー光電子コインシデンスシグナルを得た。このオージェー光電子コインシデンスシグナルの、前記Ｓｉ２ｐ光電子及び前記ＳｉＬＶＶオージェ電子の飛行時間差に対するグラフを図２に示す。

図２から明らかなように、飛行時間差−６４ｎｓにおいて前記オージェー光電子コインシデンスシグナルが観測され、１２０秒程度の極めて短時間で前記オージェー光電子コインシデンスシグナルが観測できることが確認された。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

本発明のオージェー光電子コインシデンス分光器の一例を示す構成図である。本発明のオージェー光電子コインシデンス分光器を用いて測定したオージェー光電子コインシデンスシグナルの一例を示すスペクトルである。

符号の説明

１０オージェー光電子コインシデンス分光器
２０同軸対称鏡電子エネルギー分析器
２１第１の内電極
２２第２の外電極
２３電子検出器
２４補助電極
３０ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器
３１第２の内電極
３２第２の外電極
３３電子像倍管
４１、４３増幅器
４２、４４弁別器
４５遅延装置
４６マルチチャンネルスケーラー
４７計算機
４８電源

Claims

円筒形状の第１の内電極、この第１の内電極と同心円状に配置された第１の外電極、並びに前記第１の内電極及び前記第１の外電極の後方において、これら電極の中心軸上に配置された電子検出器を含む同軸対称鏡電子エネルギー分析器と、
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器の、前記内電極内に配置され、円筒形状の第２の内電極、この第２の内電極と同心円状に配置された第２の外電極、並びに前記第２の内電極及び前記第２の外電極の後方に配置された電子増倍管を含むミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器と、
を具えることを特徴とする、オージェー光電子コインシデンス分光器。
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器と前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器とは同軸上に配置したことを特徴とする、請求項１に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
コンフラットフランジを具え、前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器及び前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器は、前記コンフラットフランジ上で一体的に組み立てられたことを特徴とする、請求項２に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器の、前記第２の内電極はメッシュ状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器の外径が２６ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器の立体角が０．７２ｓｒ以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器は、前記第１の内電極及び前記第１の外電極の少なくとも一方の端部において、補助電極を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
ｘｙｚ位置調整機構を具えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
ティルト調整機構を具えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器は光電子を検出し、前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器はオージェ電子を検出することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
オージェー光電子コインシデンスシグナルを生成するためのマルチチャンネルスケーラーを具えることを特徴とする、請求項１０に記載のオージェー光電子コインシデンス分光器。
円筒形状の第１の内電極、この第１の内電極と同心円状に配置された第１の外電極、並びに前記第１の内電極及び前記第１の外電極の後方において、これら電極の中心軸上に配置された電子検出器を含む同軸対称鏡電子エネルギー分析器を準備する工程と、
円筒形状の第２の内電極、この第２の内電極と同心円状に配置された第２の外電極、並びに前記第２の内電極及び前記第２の外電極の後方に配置された電子増倍管を含むミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器を、前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器の、前記内電極内に配置する工程と、
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器及び前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器の前方に設けられた試料に対して放射光を入射させ、得られた光電子を前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器で検出し、得られたオージェ電子を前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器で検出する工程と、
を具えることを特徴とする、オージェー光電子コインシデンス分光法。
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器と前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器とは同軸上に配置することを特徴とする、請求項１２に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器及び前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器は、コンフラットフランジ上で一体的に組み立てられることを特徴とする、請求項１３に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。
前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器の、前記第２の内電極はメッシュ状とすることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。
前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器の外径が２６ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。
前記ミニチュア円筒鏡電子エネルギー分析器の立体角が０．７２ｓｒ以上であることを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。
前記同軸対称鏡電子エネルギー分析器は、前記第１の内電極及び前記第１の外電極の少なくとも一方の端部において、補助電極を含むことを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。
マルチチャンネルスケーラーを準備し、前記マルチチャンネルスケーラーのトリガー側に前記光電子のシグナルを導入し、前記マルチチャンネルスケーラーの入力側に前記オージェ電子のシグナルを導入して、前記オージェ電子シグナルを前記光電子シグナルでトリガーし、得られたオージェー光電子コインシデンスシグナルを検出することを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれか一に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。
前記マルチチャンネルスケーラーに対して、前記オージェ電子シグナルを前記光電子シグナルよりも所定時間遅延させて入力することを特徴とする、請求項１９に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。
前記オージェー光電子コインシデンスシグナルは、前記光電子と前記オージェ電子との飛行時間差をパラメータとして検出することを特徴とする、請求項１９又は２０に記載のオージェー光電子コインシデンス分光法。