JP2010146968A - 電子スピン検出器並びにそれを用いたスピン偏極走査電子顕微鏡及びスピン分解光電子分光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子スピン検出器は、複数の磁気抵抗素子504と、電子線の減速レンズ505を備え、各磁気抵抗素子504は減速レンズ505によって広がった電子線が垂直入射できるよう傾斜させて配置させることを特徴とする。
【選択図】図5
Description
また、実際に検出される信号の取り扱いに関して説明する。磁気抵抗素子のひとつに関して、磁気抵抗率Rは以下のように定義できる。
ここで、R+ は図2で一番下の磁性層のスピン分極と逆向きのスピン偏極度を持つ電子線に関しての抵抗(高抵抗状態)で、R−はその磁性層のスピン分極と同じ向きのスピン偏極度を持つ電子線に関しての抵抗(低抵抗状態)である。このRは各磁気抵抗素子の感度に関わるパラメータである。
実際に計測される量は、各磁気抵抗素子が検出する電流である。磁気抵抗素子に入射する電流量をI0(予めファラデーカップなどで測定しておく)、磁気抵抗素子が検出する電流をIDとすると、求めるべき入射した電子線のスピン偏極度Pは
P=(ID / I0−B)/C
となる。ここで、Bは無偏極の電子線を入射した場合にスピン偏極度がゼロとなるように設定されるオフセット値で、Cは各磁気抵抗素子の感度に依存する定数で、基本的には各磁気抵抗素子のRに比例する。このようにして各磁気抵抗素子に関して求めたPを、全体で平均したものが求めるスピン偏極度となる。
201…下地層、202…磁性層、203…非磁性膜或いは絶縁膜などの中間層、204…磁性層、205…一番下の磁性層のスピン分極と逆向きのスピンを持つ電子、206…一番下の磁性層のスピン分極と同じ向きのスピンを持つ電子、207…スピン分極、208…スピン分極、
301…下地層、302…磁性層、303…非磁性膜或いは絶縁膜などの中間層、305…磁性層のスピン分極と逆向きのスピンを持つ電子、306…磁性層のスピン分極と同じ向きのスピンを持つ電子、307…スピン分極、
401…下地層、402…磁性層、405…磁性層のスピン分極と逆向きのスピンを持つ電子、406…磁性層のスピン分極と同じ向きのスピンを持つ電子、407…スピン分極、
500…電子線進行方向、501…電子線、502…搬送光学系、503…等電位線、504…磁気抵抗素子、505…減速レンズ、
604…磁気抵抗素子、
700…電子線進行方向、701…電子線、702…搬送光学系、703…等電位線、704…磁気抵抗素子、705…減速レンズ、
800…入射電子線進行方向、801…電子線、802…搬送光学系、803…等電位線、804…磁気抵抗素子、805…アパーチャ、
901…電子線、902…スピン回転器、903…スピン回転器、904…磁気抵抗素子、905…減速レンズ、
1001…電子銃、1002…1次電子線、1003…試料ステージ、1004…試料、1005…2次電子収集光学系、1006…2次電子、1007…2次電子搬送光学系、1008…スピン回転器、1009…電子スピン検出器、1010…信号処理システム、1011…画像処理システム、1012…電子線コントローラー、
1101…光源、1102…集光光学系、1103…超高真空チャンバ、1104…電磁波、1105…試料、1106…電子レンズ、1107…エネルギー分析器、1108…電子スピン検出器、1109…信号処理システム、1110…システム制御用コンピュータ、1111…光源制御部、1112…データ保存部。
Claims (11)
- 電子源から放射された電子線を加速し所定の方向に搬送する搬送光学系と、
前記搬送光学系を通過した前記電子線を減速させる減速レンズと、
前記減速された電子線を検知する複数の磁気抵抗素子とを備え、
前記磁気抵抗素子が前記搬送光学系の光軸と交わる仮想面内に配置され、
前記磁気抵抗素子の各々の検出面に対する垂線と前記搬送光学系の光軸方向とのなす角度が、前記光軸から離れるほど大きくなるように前記磁気抵抗素子の検出面が前記搬送光学系方向に向けて配列されていることを特徴とする電子スピン検出器。 - 電子源から放射された電子線を加速し所定の方向に搬送する搬送光学系と、
前記搬送光学系を通過した前記電子線を減速させる減速レンズと、
前記減速された電子線を検知する複数の磁気抵抗素子とを備え、
前記磁気抵抗素子の各々の検出面に接する仮想法絡線が、前記電子線の進入方向から見て凹面の形状となるように前記磁気抵抗素子の検出面が前記進入方向に向けて配列されていることを特徴とする電子スピン検出器。 - 請求項2に記載の電子スピン検出器であって、
前記複数の磁気抵抗素子は、前記減速レンズの直後に配置されることを特徴とする電子スピン検出器。 - 請求項2に記載の電子スピン検出器であって、
前記減速レンズによって拡がった電子線が前記複数の磁気抵抗素子の各々にほぼ垂直に入射するように、前記複数の磁気抵抗素子が前記搬送光学系の光軸方向に対してそれぞれ異なる角度を持って配置されていることを特徴とする電子スピン検出器。 - 請求項4に記載の電子スピン検出器であって、
前記角度は、前記搬送光学系の光軸より離れた位置に配置された前記磁気抵抗素子ほど、前記光軸方向に傾斜するような角度であることを特徴とする電子スピン検出器。 - 請求項2に記載の電子スピン検出器であって、
前記複数の磁気抵抗素子の前記進入方向側に、前記磁気抵抗素子の大きさよりも小さな孔を有し、該孔が前記磁気抵抗素子の各々に対向するように設けられたアパーチャが配置されていることを特徴とする電子スピン検出器。 - 請求項2に記載の電子スピン検出器において、
前記複数の磁気抵抗素子に前記電子線が入射する前に、前記電子線の電子スピンの向きを回転させる手段を有することを特徴とする電子スピン検出器。 - 請求項2に記載の電子スピン検出器であって、
前記複数の磁気抵抗素子に前記電子線が入射する前に、前記電子線の電子スピンの向きを回転させる手段が直列に2つ配置されていることを特徴とする電子スピン検出器。 - 請求項7に記載の電子スピン検出器において、
前記電子線の電子スピンの向きを回転させる手段が、電場と磁場を直交させる機構を持つウィーンフィルタタイプのものを少なくとも一つ含むことを特徴とする電子スピン検出器。 - 電子線を放射する電子銃と、
前記電子銃から放射され試料ステージに載置された試料に照射される1次電子線と、
前記1次電子線の照射により前記試料表面から放射される2次電子線と、
前記2次電子線を加速し所定の方向に搬送する2次電子搬送光学系と、
前記2次電子搬送光学系を通過した電子線の電子スピン回転に変化を与えるスピン回転器と、を有し、
前記スピン回転器を通過した電子線を検出する検出器に請求項1に記載の電子スピン検出器を用いることを特徴とするスピン偏極走査電子顕微鏡。 - 電磁波を放出する光源と、
超高真空チャンバ内に設置され試料に照射する前記電磁波を搬送する集光光学系と、
前記試料に照射されて励起された光電子を集光する電子レンズと、
集光された前記光電子のうち所望のエネルギーを有する光電子を所定の方向に搬送するエネルギー分析器と、を有し、
前記エネルギー分析器を通過した光電子を検出する検出器に請求項1に記載の電子スピン検出器を用いることを特徴とするスピン分解光電子分光装置。
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