JP2023149336A - 水素透過検出のための試料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽することができると共に、チャージアップの発生を抑止することができるようにした水素透過検出のための試料及びその製造方法を提供する。【解決手段】試料の背面から透過した水素原子あるいは当該試料の材料内部から湧出した水素原子を、超高真空中で走査型電子顕微鏡の走査電子により電子遷移誘起で励起させて水素イオンを脱離させ、該脱離した水素イオンのＥＳＤ像を、走査型電子顕微鏡の電子線の走査に同期して取得する、水素透過検出のための試料であって、表面領域に配設された導電領域又は絶縁領域４２を備え且つ該導電領域又は絶縁領域が昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料を含む試料本体４１と、試料本体の導電領域又は絶縁領域を含む表面全体に亘って配設された水素透過性を備え且つ試料本体からのガス放出を遮蔽する導電性薄膜４３と、を備える水素透過検出のための試料４０を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、水素透過検出のための試料及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、試料の背面から透過した水素原子あるいは当該試料の材料内部から湧出した水素原子を超高真空中で走査型電子顕微鏡の走査電子に励起させて水素イオンを電子遷移誘起脱離法によって脱離させ、走査型電子顕微鏡の電子線の走査に同期して該脱離した水素イオンのＥＳＤ像を取得するための試料とこの試料の製造方法に関するものである。

従来、試料の水素透過を検出するためには、例えば特許文献１に開示されている水素透過拡散経路観測装置が使用される。水素透過拡散経路観測装置は、走査型電子顕微鏡と、分析室と、試料が装着される隔膜型真空容器と、隔膜型真空容器に接続されて試料の裏面側に水素を供給する水素配管等を備えている。試料は、分析室と隔膜型真空容器の水素を収容する中空部とを仕切る隔膜となるよう配置する。このようにして、試料の表面から湧出する水素を、走査型電子顕微鏡像（Scanning Electron Microscope 像、以下、ＳＥＭ像という）を取得する電子線により励起して水素イオンとし、この水素イオンによる電子遷移誘起（又は電子衝撃脱離とも呼ばれる、ＥＳＤ（Electron Stimulated Desorption））像をＳＥＭ像と共に取得する。

ところで、このような水素透過拡散経路観測装置においては、試料の測定に用いる物理現象である電子遷移誘起脱離と、その脱離種の検出に超高真空環境が必要である。このため、超高真空環境や電子照射下でのガス放出が多いプラスチック類等の高分子材料や、例えば亜鉛，カドミウム等の蒸気圧の高い試料は、そのガス放出によって超高真空環境を維持することができず、汚染してしまうことから、電子遷移誘起脱離による局所水素放出を計測することが困難である。
例えば、図１４に示すように、試料１００において、試料本体１０１の表面に、局所的に、昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料による導電領域又は絶縁領域１０２が存在すると、計測時に、試料の導電領域又は絶縁領域１０２から観測装置の超高真空環境内に昇華又は蒸発によりガスが放出され、超高真空を維持することが困難になると共に、放出されたガスにより超高真空環境が汚染されることになる。
従って、このような汚染された超高真空環境で水素透過検出を行なうと、試料から電子遷移誘起像（ＥＳＤ像と呼ぶ）を取得した場合、図１５に示すように、導電領域又は絶縁領域１０２に関して水素量が少なく検出されることになってしまう。

また、試料の背面から透過又は試料材料内部から湧出した水素原子を、走査型電子顕微鏡の走査電子で励起させて脱離させ、脱離した水素電子を計測することから、試料の表面に局所的な酸化物等の絶縁領域が存在すると、当該絶縁領域が局所的にマイナスに帯電して、所謂チャージアップが発生する。このチャージアップの影響によって、当該絶縁領域のチャージアップ発生エリアにおいて、電子照射の際に電子が接近しにくくなるため、試料の表面全体における電子照射密度が不均一になってしまう。従って、このような局所的な絶縁領域を有する試料に関してＥＳＤ像を取得した場合、絶縁領域の領域に関してチャージアップによって電子の照射密度が低くなってしまう。そのため、当該領域では水素量が少なく計測され、ＥＳＤ像では白く飛んでしまったり、黒くなって画像が見えなくなったり、あるいは像の歪みが発生することがある。

このようなチャージアップに関して、本出願人による特許文献２には、試料本体の絶縁領域を含む表面全体に亘って水素透過性を備えた導電性薄膜が配設された水素透過検出のための試料が開示されている。

特開２０１７－１８７４５７号公報 特開２０２２－１８０２３号公報

しかしながら、このような構成の水素透過検出のための試料でも、前述した昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料による導電領域又は絶縁領域を備える試料の場合には、そのガス放出を抑止することは困難である。このため、超高真空中に昇華又は蒸発によるガスが放出されて、超高真空環境が汚染されることとなり、正確な水素透過検出を行なうことができなかった。

本発明は、以上の点に鑑み、昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料を測定対象の試料とする場合であっても、試料からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽することができると共に、チャージアップの発生を抑止することができるようにした水素透過検出のための試料及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の第一の構成によれば、
試料の背面から透過した水素原子あるいは当該試料の材料内部から湧出した水素原子を超高真空中で走査型電子顕微鏡の走査電子により電子遷移誘起で励起させて水素イオンを脱離させ、該脱離した水素イオンのＥＳＤ像を走査型電子顕微鏡の電子線の走査に同期して取得する、水素透過検出のための試料であって、
表面領域に配設された導電領域又は絶縁領域を備え且つ該導電領域又は絶縁領域が昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料を含む試料本体と、試料本体の導電領域又は絶縁領域を含む表面全体に亘って配設されると共に、水素透過性を備え且つ試料本体からのガス放出を遮蔽する導電性薄膜と、を備える水素透過検出のための試料により達成される。

上記構成において、好ましくは、試料本体の少なくとも一部が高分子材料から構成され、導電性薄膜が試料本体の表面に蒸着により形成されている。好ましくは、試料本体の少なくとも一部が、蒸気圧の高い金属又は該金属の合金からなる材料から構成され、上記導電性薄膜が、蒸気圧の高い金属と合金を形成しない金属材料で成るか又は蒸気圧の高い金属合金と合金を形成しない金属材料で成る。導電性薄膜は、パラジウム，バナジウム，ニオブ，タンタル，チタン，銀又はこれらの合金である。
好ましくは、試料本体の少なくとも一部が、蒸気圧の高い金属材料から構成され、試料本体の表面と導電性薄膜との間に、水素透過性を備え且つ蒸気圧の高い金属材料と反応しない材料から成る第二の薄膜を備える。第二の薄膜は、好ましくは、Ａｌ，Ｐｂ，Ｓｎの何れか又はＡｌ，Ｐｂ，Ｓｎの何れかを含む合金である。
好ましくは、試料本体の表面の真空側への水素放出のための領域を除く他の領域を覆うように形成された水素透過性の低い第三の薄膜を備えている。好ましくは、試料本体の水素放出のための領域の表面積が、第三の薄膜の表面積よりも小さく設定される。

上記目的は、本発明の第二の構成によれば、
試料の背面から透過した水素原子あるいは当該試料の材料内部から湧出した水素原子を超高真空中で走査型電子顕微鏡の走査電子により電子遷移誘起で励起させて水素イオンを脱離させ、該脱離した水素イオンのＥＳＤ像を走査型電子顕微鏡の電子線の走査に同期して取得する水素透過検出のための試料であって、
水素透過性の低い材料から成り、一部に貫通穴を備えた支持板と、表面領域に配設された導電領域又は絶縁領域を有し且つ少なくとも一部が昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料から成る試料本体と、を備え、該試料本体が支持板の貫通穴内に固定されて成る、水素透過検出のための試料により達成される。

上記構成において、好ましくは、水素透過性を備え且つ試料本体からのガス放出を遮蔽する導電性薄膜が、試料本体を含む支持板の表面全体に亘って配設される。好ましくは、導電性薄膜は均一の膜厚を有する。好ましくは、導電性薄膜は、走査型電子顕微鏡の空間分解能と同程度以下の膜厚を有する。

本発明の第三の構成によれば、
試料の背面から透過した水素原子あるいは当該試料の材料内部から湧出した水素原子を超高真空中で走査型電子顕微鏡の走査電子により電子遷移誘起で励起させて水素イオンを脱離させ、該脱離した水素イオンのＥＳＤ像を走査型電子顕微鏡の電子線の走査に同期して取得する、水素透過検出のための試料の製造方法であって、
表面領域に導電領域又は絶縁領域を配設し、且つ、該導電領域又は絶縁領域が昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料で試料本体を形成する工程と、
試料本体の導電領域又は絶縁領域を含む表面に亘って、水素透過性を備え且つ試料本体からのガス放出を遮蔽する導電性薄膜を形成する工程と、を備え、
導電性薄膜を、試料本体から試料表面上にガスが放出されない温度で、試料表面に蒸着により形成する、水素透過検出のための試料の製造方法により達成される。

上記構成において、好ましくは、試料本体の少なくとも一部を高分子材料から形成し、導電性薄膜を高分子材料を溶融又は昇華させない温度で蒸着又はスパッタリング法により形成するか、あるいは導電性薄膜を試料本体の表面と合金を作らない程度の温度で形成する。

本発明によれば、昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料を測定対象の試料とする場合であっても、この試料からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽することができると共に、チャージアップの発生を抑止することができるようにした水素透過検出のための試料及びその製造方法を提供することができる。

本発明による水素透過検出のための試料の第一の実施形態の構成を示す拡大断面図である。 本発明に使用する水素ガス透過拡散経路観測装置の構成を模式的に示す図である。 図２の水素ガス透過拡散経路観測装置における温度可変型試料ホルダーの別の構成例を示す断面図である。 分析室内の水素イオン検出部の構造と試料ホルダーの装着構造等を示す部分拡大図である。 図２の装置の制御部の構成を示すブロック図である。 図２の装置の電子衝撃脱離全体制御部の構成を示すブロック図である。 電子線の走査とＥＳＤ像の二次元計測との関係を示す模式図である。 電子線の走査により二次元のＥＳＤ像を計測するフロー図である。 図１の試料の（Ａ）断面図及び（Ｂ）水素透過検出により得たＥＳＤ像の一例を示す図である。 本発明による水素透過検出のための試料の第二の実施形態の構成を示す拡大断面図である。 本発明による水素透過検出のための試料の第三の実施形態の構成を示す拡大断面図である。 本発明による水素透過検出のための試料の第四の実施形態の構成を示す拡大断面図である。 本発明による水素透過検出のための試料の第五の実施形態の構成を示す拡大断面図である。 従来の装置で使用される試料の構成を示す拡大断面図である。 図１４の試料の水素透過検出により得られたＥＳＤ像の一例を示す図である。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。本発明の範囲は実施形態に限定されることなく適宜変更することができる。特に、図面に記載した各部材の形状、寸法、位置関係などについては概念的な事項を示すに過ぎず、その適用場面に応じて変更することができる。各図において、同一の又は対応する部材等には同一の符号を付している。

図１は、本発明による水素透過検出のための試料４０（以下、試料という）の第一の実施形態の構成を示している。
図１に示すように、試料４０は、試料本体４１と、試料本体４１の表面領域に配設された昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料を含む導電領域又は絶縁領域４２と、導電領域又は絶縁領域４２を含む試料本体４１の表面全体に亘って配設された水素透過性を備え且つ試料本体４１からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性薄膜４３と、を備えている。

試料本体４１は、図示の場合、試料本体４１の表面領域に局所的に配設された一つの導電領域又は絶縁領域４２を備えているが、導電領域又は絶縁領域４２は、試料本体４１に表面が露出するように埋め込まれた導電領域又は絶縁領域４２ａであってもよい。昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料は、試料本体４１の表面領域に局所的に配設された一つの導電領域又は絶縁領域４２の少なくとも一部に含まれていてもよい。昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料がこの材料と合金を形成する材料の一方である場合には、導電領域又は絶縁領域４２が合金を含むものでもよく、昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料が導電領域又は絶縁領域４２の一部として含まれていてもよい。導電領域又は絶縁領域４２，４２ａの数は複数でもよく、数量に制限はない。また、異なる導電領域又は絶縁領域４２，４２ａの厚さは同じでも異なっていてもよい。

試料本体４１は、例えば鉄鋼，ステンレス鋼、Ｓｉ基板等の材料から構成され、任意の形状を有している。以下、試料本体４１の形状は、板状の偏平な形状を有しているとして説明する。試料本体４１の厚さは、例えば１００μｍ～１０００μｍ程度であり、多結晶又は単結晶でもよい。試料本体４１の寸法は任意であるが、直径が例えば５ｍｍ～２０ｍｍ程度としてもよい。試料本体４１が多結晶の場合には、例えば結晶粒が３００μｍ～１０００μｍ程度でもよい。逆に、試料本体４１は、極端に小さく均一な寸法の微結晶で水素透過のない緻密な多結晶でもよい。

導電領域又は絶縁領域４２は、昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料、例えば蒸気圧の高い金属、又は該金属の合金からなる材料から構成されている。導電領域４２としては、例えば亜鉛ニッケル合金のメッキ材や、真鍮の中に含まれる亜鉛、あるいは真鍮の表面に施されたメッキ部分が挙げられる。絶縁領域４２は、例えば試料本体４１の表面に局所的に形成された導電領域の酸化膜や窒化膜等の絶縁膜であってもよく、特に製造方法には依存しない。絶縁領域４２は、試料本体４１に形成した絶縁膜でもよい。

試料４０は、図１４に示した試料１００とほぼ同様の構成であるが、後述するように導電性薄膜４３の構成が異なっている。

導電性薄膜４３は、水素透過検出の際に試料本体４１及び絶縁領域又は導電領域４２から昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽し、且つ、試料本体４１の表面領域に局所的に配設された酸化物によるチャージアップを防止するために設けた層である。
導電性薄膜４３は、水素透過性を備え且つ試料本体４１からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性材料、好ましくは試料本体４１又は導電領域４２との間で合金を作らない材料から構成される。合金を作らないことによって、導電性薄膜４３から昇華又は蒸発によってガス放出が行なわれることがない。これにより、試料本体４１の少なくとも一部が、例えば亜鉛，カドミウム，水銀等の平衡蒸気圧の高い金属又は該金属の合金からなる材料から構成されている場合に、これらの金属材料と合金を作らない金属材料から成る導電性薄膜４３により試料本体４１を覆うことによって、これらの金属材料が導電性薄膜４３を透過して、後述する水素ガス透過拡散経路観測装置の分析室の超高真空環境を汚染することがない。

即ち、試料４０は、表面側の一部に導電領域又は絶縁領域４２を含んでおり、当該試料４０の表面上に、水素透過性を備え且つ昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性薄膜４３が配設されている。
上記のような水素透過性を備え且つ昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性薄膜４３の材料としては、金属材料、例えばパラジウム（Ｐｄ），バナジウム（Ｖ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），銀（Ａｇ）や、これらの合金が好適である。より具体的には、例えばパラジウムに関して、Ｐｄ，Ｐｄ－Ａｇ，Ｐｄ－Ｃｕ，Ｐｄ－Ｃｕ－Ｓｉが、またバナジウムに関して、Ｖ，Ｖ－Ｒｕ，Ｖ－Ｆｅが好適である。
これらの材料は、高い水素透過性を備えると共に、昇華又は蒸発によるガス放出によって水素以外の原子や分子の放出を遮蔽する特性を備えている。また従来から所謂水素フィルタとして実用化されているので、水素透過検出の際に水素イオンの透過を妨げることがないので、水素透過性を備えた導電性薄膜４３として使用することができる。

また、試料本体４１が高分子材料等から成る絶縁領域を含む場合には、導電性薄膜４３を形成する際に、高分子材料等が溶けない程度の温度で、例えばスパッタ蒸着により導電性薄膜４３を形成する必要がある。これにより、導電性薄膜４３が蒸着により比較的低い温度で形成され得るので、導電性薄膜４３の蒸着の際に高分子材料が溶融してしまうようなことがない。

さらに、試料本体４１又は導電領域４２が金属材料を含む場合には、当該金属材料に対して合金を作りやすい材料は導電性薄膜４３として使用できない。具体的には、試料本体４１又は導電領域４２が亜鉛（Ｚｎ）を含む場合には、亜鉛と合金を作りやすい材料として銅（Ｃｕ）を含む導電性薄膜４３は好ましくない。また、導電性薄膜４３の材料と試料本体４１又は導電領域４２とが合金を作りにくくするために、導電性薄膜４３の形成は、例えば２００℃以下の低温で行なうことが好ましい。

ここで、導電性薄膜４３は、本発明の試料の製造方法の実施形態に基けば、試料４０の表面に対してスパッタリング法等の蒸着方法によって、試料４０の表面に対するコーティング膜として形成することができる。その際、導電性薄膜４３は、試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２の表面と合金を作らない程度の温度で形成される。また、スパッタリング法の場合には、スパッタリングにより試料４０の表面に衝突する粒子等によって、試料４０の表面を損傷しない程度に導電性薄膜４３の形成が行なわれる。導電性薄膜４３を形成することにより試料４０の表面状態が変化し難くなる。

本発明による水素透過検出のための試料４０の製造方法によれば、導電性薄膜４３の形成の際に、試料本体４１から昇華又は蒸発によりガス放出が行なわれないので、水素透過検出のために用いる水素ガス透過拡散経路観測装置の分析室の超高真空環境が汚染されてしまうことがなく、正確な水素透過検出を行なうことができる。

さらに、導電性薄膜４３は全体として均一の膜厚を有すると共に、その膜厚は例えば水素透過検出のために使用する走査型電子顕微鏡の空間分解能と同程度以下とする。例えば、電子顕微鏡の空間分解能が５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ～２０ｎｍ程度に選定されるとき、導電性薄膜４３は、例えば数ｎｍから２０ｎｍ程度、好ましくは、２ｎｍから１０ｎｍの膜厚を備えるように形成される。導電性薄膜４３の膜厚を薄くする必要があるのは、実際の導電領域又は絶縁領域４２のサイズや位置と、導電領域又は絶縁領域４２を透過し導電性薄膜４３を経由して表面に湧き出し、電子照射によってイオンとして脱離する水素の脱離位置がずれないようにするためである。逆に、導電性薄膜４３の厚さが厚いと導電性薄膜４３の中を水素が拡散し、縦の透過方向だけでなく横方向にも移動し、横方向の移動は面分解能を落とすことになるのでこの横方向の移動を小さくするために、導電性薄膜４３の厚さも薄くする必要がある。試料４０の表面に均一な膜厚の導電性薄膜４３を配設することにより、試料４０の電子遷移誘起（ＥＳＤ）による水素透過検出を、試料４０の表面全体に亘って均一に且つ正確に行なうことができる。

即ち、導電性薄膜４３の膜厚に関して、膜厚が厚すぎるとさらに水素透過性が低下してしまうと共に、導電性薄膜４３内で水素イオンが水平方向に移動して分解能が低下してしまう。これに対して膜厚が薄すぎると、均一な膜厚の形成が困難であるので、上記の寸法とするのが好ましい。これにより、導電性薄膜４３内での水素原子の水平方向の移動が空間分解能以下に抑制される。従って、導電性薄膜４３の存在による空間分解能への影響が抑制されるので、電子遷移誘起で励起され脱離する水素イオンの位置を、走査型電子顕微鏡の空間分解能と同程度の精度で計測することができる。

本発明の水素透過検出のための試料４０は以上のように構成されており、この試料４０の水素透過検出を行なう場合について以下に説明する。
図２は本発明の実施形態における水素ガス透過拡散経路観測装置１０の構成を模式的に示し、図３は図１の試料ホルダー１２の別の構成例を示す。図４は分析室１１内の水素イオン検出部２０の構造と試料ホルダー１２の装着構造等を示す部分拡大図である。
図２に示すように、水素ガス透過拡散経路観測装置１０は、走査型電子顕微鏡１５を備え、この走査型電子顕微鏡１５の分析室１１内では、試料ホルダー１２の上部に配設された試料４０に電子線を照射する電子源１６を備えている。さらに、分析室１１には、分析室１１で試料４０に照射された電子線１６ａにより生じる二次電子を検出する二次電子検出器５１と、電子源１６から照射された電子線１６ａにより生じる水素イオンを検出する水素イオン検出部２０と、試料４０の裏面側に接続される水素配管１４に水素を供給するガス供給部１９と、制御部５０と、を備えている。

分析室１１には隔膜型試料ホルダー１２が載置され、水素配管１４に接続される試料台部３１と、加熱された試料４０の温度を測定する試料温度測定部３３及び試料４０の位置を調整する試料位置調整部３４等が配備される。分析室１１は、第１の真空排気部３７により真空にされる。第１の真空排気部３７は、図示しないターボ分子ポンプ等の真空ポンプと、ゲートバルブや真空計等を備えて構成される。分析室１１はＳＥＭ像が得られる真空度、例えば１．０×１０^－７Ｐａ以下に排気される。試料４０は、分析室１１内で図示しないランプ等の試料加熱部により加熱されてもよい。また、試料４０は、試料ホルダー１２の図示しない試料搭載部に固定、又は、溶接等により接着される。図４に示すように、試料４０は、試料ホルダー１２と共に走査型電子顕微鏡１５の分析室１１内に配置される。これにより、試料ホルダー１２の中空部１２ａと分析室１１との間が試料４０により仕切られるので、試料４０が分析室１１と中空部１２ａとを仕切る隔膜となる。水素配管１４は、第２の真空排気部３８により真空にされる。第２の真空排気部３８は、図示しないターボ分子ポンプ等の真空ポンプと、ストップバルブや真空計等を備えて構成されている。第２の真空排気部３８は、水素配管１４、試料台部３１及び隔膜型試料ホルダー１２を所定の真空度に排気する。

水素イオン検出部２０は、試料４０の表面から生じる水素イオンを収集する収集機構２１と、水素イオン以外を除去するイオンエネルギー分解部２２と、イオンエネルギー分解部２２を通過した水素イオンを検出するイオン検出部２３と、から成る。

試料ホルダー１２には、水素のガス供給部１９から前もって供給され試料ホルダー１２の中空部１２ａの内部に封入された水素が、試料４０の裏面側に接触していて、試料４０の裏面側から内部に導入される。ここで、本発明の試料４０は、表面側の一部に導電領域又は絶縁領域４２を含んでいるが、この試料４０の表面上には、水素透過性を備え且つ昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性薄膜４３が配設されていることから、水素は試料４０の内部を拡散して、試料４０の表面に到達して試料４０の表面から放出される。つまり、水素や重水素は試料４０の裏面側から表面に透過する。この試料４０の表面に到達した水素に電子線１６ａを照射することで、電子遷移誘起により試料４０から水素イオンが脱離し、この水素イオンが収集機構２１で集束されることにより水素イオン検出部２０で検出される。

水素イオン検出部２０では、ＥＳＤ法により試料４０の表面で発生する水素イオンを検出する。電子線１６ａの走査により検出した水素イオンによる二次元の像を、ＥＳＤ像又はＥＳＤマップとも呼ぶ。

試料４０の表面側の近傍には、脱離イオンを効率よく収集するための収集機構２１が配設されている。図示の収集機構２１は例えば金属線のメッシュからなり、グリッド構造のレンズである。収集機構２１で収集した目的ガスのイオン、例えば水素イオンは水素イオン検出部２０に入射する。イオンエネルギー分解部２２では、例えば水素イオンを選別してイオン検出器２３に入射させる。

イオンエネルギー分解部２２は、イオン検出器２３が試料４０に直接対向しないよう蓋形状を有する金属電極からなる。イオンエネルギー分解部２２は、円筒形や円錐を含む形状の電極を用いることができる。イオンエネルギー分解部２２は、円筒形の電極に適当な正電圧を印加し、電場により目的ガスのイオン、例えば水素イオンだけをイオン検出器２３に導き、試料４０に電子線１６ａが照射されて発生する光と電子を除去することができる。イオン検出器２３は、例えばセラトロンや二次電子増倍管を用いることができる。

制御部５０は、電子源１６から照射する電子線１６ａの走査により試料４０から発生する二次電子によるＳＥＭ像を取得し、且つ試料４０の内部や表面の点欠陥部分より湧出する水素原子を、電子線の電子遷移誘起により水素イオン化して、水素イオンのＥＳＤ像を電子線の走査に同期して取得する。
ここで、ＥＳＤは、材料から湧出して表面に滞在している水素原子に照射された電子が当たったとき、水素原子の中の電子が励起状態となり、あるいは剥ぎ取られて、水素原子がイオン化することにより表面に結合した状態から反結合状態になって脱離する現象で、ＥＳＤ像はこの脱離した水素イオンを撮像して得られる。そして、制御部５０により試料４０のＳＥＭ像とＥＳＤ像とを同期させることによって、検出した水素イオンの位置情報を得て、試料４０の点欠陥等の位置を検出することができる。

図３は、上述した試料ホルダーの別の構成例を示している。この場合、試料ホルダー１２Ａは、温度可変型試料ホルダーとして、フランジ部１２ｂと、フランジ部１２ｂに接続されるコンテナ状の試料搭載部１２ｃと、から構成され、試料４０は、試料搭載部１２ｃの上部において、試料固定板１３により保持されている。ここで、試料搭載部１２ｃの内部空間が前述した中空部１２ａを画成している。フランジ部１２ｂは、例えばＩＣＦ３４（国際標準規格）のフランジ付き単管が使用され、また試料搭載部１２ｃは、熱伝導を良くするために銅により構成され得る。試料搭載部１２ｃは、試料４０の裏面側からガスを供給するためのガスが封入され、フランジ部１２ｂに載置されて、図示しないボルト等の固定手段によりフランジ部１２ｂに固定される。
さらに、試料搭載部１２ｃの上部には開口部Ｗが設けられ、開口部Ｗの上から試料４０が載置されて開口部Ｗが塞がれる。試料搭載部１２ｃから供給される水素等のガスは、試料ホルダー１２Ａから試料４０を透過し、上方に湧き出す現象を測定することができる。つまり、図２に示す試料ホルダー１２では、ガス供給がガス配管１４を介して行われていたのが、温度可変型試料ホルダー１２Ａでは、ガスを封入したコンテナ１２ｃにより行われる。温度可変型試料ホルダー１２Ａによれば、ガスを封入したコンテナ１２ｃの開口Ｗを閉塞するように試料４０を試料固定板１３により固定してフランジ部１２ｂに接続すればよいので、試料４０の交換の簡易化が図れる。

次に、水素ガス透過拡散経路観測装置１０における制御部５０の構成及び動作を詳細に説明する。
図５は制御部５０のブロック図、図６は電子衝撃脱離全体制御部５２の構成を示すブロック図、図７は電子源１６の走査とＥＳＤ像の二次元計測との関係を示す模式図である。図５に示すように、制御部５０は、走査型電子顕微鏡１５を制御する電子顕微鏡全体制御部５１と、ＥＳＤ像の取得をする電子衝撃脱離全体制御部５２と、を含んで構成される。制御部５０は、電子顕微鏡全体制御部５１の他には、試料４０の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）取得するための二次電子検出部５３と、電子光学系制御部５４と、ＳＥＭ用の画像演算部５５と、高電圧安定化電源５６と、入力装置５７と、ディスプレイ５８と、記憶装置５９等から構成される。電子顕微鏡全体制御部５１は、二次電子検出部５３と電子光学系制御部５４とＳＥＭ用の画像演算部５５と高電圧安定化電源５６と記憶装置５９とを制御するように構成される。走査型電子顕微鏡１５の分析室１１内に配設される二次電子検出器１８の出力は、二次電子検出部５３に入力される。

次に、電子衝撃脱離全体制御部５２について説明する。
図６に示すように、ＥＳＤ像の取得を制御する電子衝撃脱離全体制御部５２は、二次元のマルチチャンネルスケーラー６０と、パルス計数部６１と、同期制御部６２と、測定信号の二次元平面への並べ替え部６３と、マイクロプロセッサ７２等から構成される。分析室１１内に配設される水素イオン検出部２０の出力は、電子衝撃脱離イオン検出部６７を介してその出力６７ａがパルス計数部６１に入力される。電子衝撃脱離全体制御部５２には電子光学系制御部５４から走査信号が入力され、ＳＥＭ像と同期して制御される。さらに、電子衝撃脱離全体制御部５２にはディスプレイ６５と記憶装置６６が接続される。

マイクロプロセッサ７２は、マイクロコントローラ等のマイコン，パーソナルコンピュータ，現場でプログラム可能なゲートアレイであるＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）でもよい。

図５に示したように電子光学系制御部５４から電子衝撃脱離全体制御部５２に出力された走査信号は、図６に示す電子衝撃脱離全体制御部５２の同期制御部６２を介して垂直走査信号（Vertical clock）６２ａとして、電子源１６の第一の偏向コイル１６ｂに出力される。また、水平走査信号（Horizontal clock）６２ｂは同期制御部６２から電子源１６の第二の偏向コイル１６ｃに出力される。さらに、同期制御部６２から走査位置に関する情報６２ｃがマイクロプロセッサ７２に出力される。

パルス計数部６１から出力される水素イオンのカウント数信号６１ａは、各走査位置の水素イオンのカウント数信号としてマイクロプロセッサ７２に出力される。

マイクロプロセッサ７２で生成されたＥＳＤ像は、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）７２ａを介してディスプレイ６５に出力され、且つ入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）７２ｂを介して記憶装置６６に出力される。

次に、電子衝撃脱離全体制御部５２の動作について説明する。
図７に示すように、電子源１６から発生した電子線１６ａは、第一の偏向コイル１６ｂと第二の偏向コイル１６ｃを通過することにより、水平方向と垂直方向に走査されて試料４０に二次元に照射される。

図７に示す同期制御部６２において発生されるデジタル信号である垂直走査信号６２ａのクロック信号は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）６２ｄにより鋸波に変換されて、電子源１６の第一の偏向コイル１６ｂに印加される。同様に、デジタル信号である水平走査信号６２ｂのクロック信号は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）６２ｅにより鋸波に変換されて、電子源１６の第二の偏向コイル１６ｃに印加される。

１パルスの撮影タイミング信号（Shoot timing、以下ＳＴ信号という）によって、垂直走査信号６２ａが、合計２０４８パルス発生するように制御が開始される。１パルスの垂直走査信号６２ａのパルス幅の期間に、水平方向の画素信号が合計２０４８パルス出力される。これにより、２０４８行×２０４８列（＝４１９４３０４）の約４１９万画素の二次元走査を生成する。つまり、パルス計数部６１でカウントされる信号は、ＳＴ信号，垂直走査用のクロック信号，水平走査用のクロック信号からなる複数のカウンターを同期させることで、各走査位置におけるイオン検出器２３からの水素イオンのカウント数とすることができる。

続いて、ＥＳＤ像の取得方法について説明する。
図８は走査による二次元のＥＳＤ像を計測するフロー図である。図８に示すように、二次元のＥＳＤ像の取得は、以下のステップで行なうことができる。
ステップ１：試料４０の表面から脱離した水素イオンが、イオン検出器２３で検出される。
ステップ２：イオン検出器２３で検出した水素イオンの定量計測を、パルス計数部６１で行なう。
ステップ３：図７に示した垂直走査用のクロック信号及び水平走査用のクロック信号を生成する同期制御部６２により、試料４０の二次元の各測定点の水素イオンのカウントを行なう。
ステップ４：ステップ３で測定した試料４０の二次元の各測定点の水素イオンのカウント数を記憶装置６６のメモリーに保存する。
ステップ５：垂直走査用のクロック信号及び水平走査用のクロック信号を元に記憶装置６６のメモリーに保存されたイオン信号を二次元画像（ＥＳＤ像）として並べ替える。
ステップ６：ステップ５で取得したＥＳＤ像をディスプレイ６５に表示し、画像及び数値データとして記憶装置６６に保存する。
これにより、ＳＥＭ像と同じ領域のＥＳＤ像が取得される。

上記ステップ１～６のＥＳＤ像の取得は、計測機器制御に特化したプログラム製作環境で作製したソフトウェアで実行することができる。このようなソフトウェアとしては、National Instruments社製のLabVIEW（登録商標）（http://www.ni.com/labview/ja/）を用いることができる。上記ステップ１～６のＥＳＤ像は、マイクロプロセッサ７２において、LabVIEW（登録商標）で作製したプログラムで実行される二次元のマルチチャンネルスケーラー６０により取得できる。

水素ガス透過拡散経路観測装置１０においては、ＳＥＭ像は従来と同様にして得ることができる。二次電子検出器１８からの信号は、制御部５０の二次電子検出部５３で検知され、電子顕微鏡全体制御部５１によりディスプレイ５８に表示される。

このようにして、水素ガス透過拡散経路観測装置１０によれば、試料４０に関して二次電子によるＳＥＭ像と上記ステップ６で取得したＥＳＤ像を比較することにより、例えば金属から成る試料４０の組織の局所構造と水素透過との関連を調べることが可能となる。例えば、局所構造としては、金属の結晶粒サイズやその結晶構造と水素透過、つまり水素放出能とを比較することができる。

ここで、水素放出位置の空間分解能は、本質的には走査型電子顕微鏡１５の倍率に依存するため、走査型電子顕微鏡１５の倍率と同等まで向上できるので、５０ｎｍ以下、例えば２～１０ｎｍ、つまり１０ｎｍ以下の分解能が得られる。走査型電子顕微鏡１５の倍率の限界は、走査型電子顕微鏡１５とその周囲の振動除去と電子ビーム径により決まる。
なお、本発明において、試料４０の表面に配設される導電性薄膜４３の膜厚が走査型電子顕微鏡１５の空間分解能と同程度の膜厚であることから、導電性薄膜４３の存在によって、水素放出位置の空間分解能が低下するようなことはない。これにより、記憶装置５９に保存された試料４０のＳＥＭ像と記憶装置６６に保存された試料４０のＥＳＤ像を同じ位置分解能で比較することにより、ＳＥＭ像から試料表面側の結晶粒界や点欠陥等の組織とＥＳＤ像から水素イオンの放出位置に関する構造情報を取得することができる。さらに、ＥＳＤ像から取得した水素イオンの放出位置に関する構造情報とＳＥＭ像で取得した例えば点欠陥とを対比することにより、試料４０の点欠陥の位置と水素イオンの放出位置との関係を特定することができる。

さらに、水素イオンの検出を走査型電子顕微鏡１５の二次電子検出の限界と一致させるためには、電子と水素イオンの飛行時間の差が問題となるが、測定中の電子走査の時間を遅くすること、又はイオン検出器２３と試料４０の距離を短くすることで対応することができる。

このようにして、本発明の試料４０を用いて水素透過検出を行なう場合、導電性薄膜４３の存在によって、試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２の表面から、昇華又は蒸発によりガスが発生しようとしても、導電性薄膜４３によりガスが遮断されるので、昇華又は蒸発によるガス放出によって分析室１１内の超高真空環境が汚染されることがなく、また絶縁領域４２にてチャージアップが発生しないので、絶縁領域４２で電子密度が低下するようなことがなく、取得されるＥＳＤ像は、図９（Ｂ）に示すように導電領域又は絶縁領域４２においても、水素量が確実に計測され得ることになる。
ここで、例えば試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２に、亜鉛が含まれるような場合には、亜鉛は平衡蒸気圧が高く、例えば真空環境の準備をするために必要なベーキング温度（１２７℃）程度においても、１０^－６Ｐａ程度であるが、亜鉛が昇華又は蒸発によりガス放出されても、導電性薄膜４３によって遮蔽されるので、ガスが分析室１１内に進入して、分析室１１内の超高真空環境が汚染されてしまうことがない。

なお、導電性薄膜４３は、水素透過検出の空間分解能に対する影響をできるだけ抑制するために、その膜厚を十分に薄くすることが望ましい。その際、導電性薄膜４３内での水素の横方向（表面に沿った方向）の移動は空間分解能より低いことが望ましいことから、導電性薄膜４３の膜厚を水素透過検出のために必要な空間分解能以下とすることが望ましい。

このようにして、上述した本発明による水素透過検出のための試料４０によれば、試料本体４１からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽することができると共に、チャージアップの発生を抑止することができる。これにより、その表面に酸化膜等が形成された試料本体４１の表面を導電性薄膜４３で被覆することによって、分析室１１内の超高真空環境が昇華又は蒸発によるガス放出によって汚染されることがなく、さらにチャージアップの発生を抑制することにより、試料本体４１及び絶縁領域４２から試料４０の表面に湧出した水素の透過をより正確に測定することができる。

本発明による水素透過検出のための試料４０の一実施形態によれば、試料４０の表面に水素透過性を備え且つ試料本体４１からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性薄膜４３が配設されているので、当該試料４０を水素透過検出のために走査型電子顕微鏡１５の走査電子により電子遷移誘起で励起させる際、当該試料４０の導電領域又は絶縁領域４２に被覆した導電性薄膜４３によって、試料本体４１から昇華又は蒸発によりガスが放出しようとしても導電性薄膜４３によって遮蔽される。従って、このようなガス放出によって、分析室１１の超高真空を維持することが可能になると共に、超高真空環境が汚染されることがない。
また、試料本体４１の絶縁領域４２に電子が蓄積しようとしても導電性薄膜４３に沿って移動するので、当該絶縁領域４２が帯電して所謂チャージアップが発生することがなく、上述した電子遷移誘起で励起された水素イオンがチャージアップの影響を受けることなく脱離する。

上記導電性薄膜４３は水素透過性を備えていることから、脱離した水素イオンが導電性薄膜４３の存在によって妨げられることなく試料４０から脱離する。従って、脱離した水素イオンのＥＳＤ像を走査型電子顕微鏡１５の電子線の走査に同期させることによって、ＥＳＤ像が正確に取得され、高精度で水素イオンの透過検出が行なわれる。

図１０は、本発明による水素透過検出のための試料の第二の実施形態の構成を示している。図１０において、試料４０Ａは、図１に示した試料４０と比較して、試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２の表面と導電性薄膜４３との間に、第二の薄膜４４を備えている点で、異なる構成である。
第二の薄膜４４は、水素透過性を備え且つ試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２を構成する金属材料と反応しない材料から構成されている。
なお、第二の薄膜４４が存在することにより、導電性薄膜４３は、水素透過性を備えていれば、試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２を構成する金属材料と反応しない材料でなくてもよい。具体的には、第二の薄膜４４は、例えばＡｌ，Ｐｂ，Ｓｎの何れか又はＡｌ，Ｐｂ，Ｓｎの何れかを含む合金から構成される。

従って、導電性薄膜４３の材料として、試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２の材料と合金を作りにくい材料を選択できないような場合には、第二の薄膜４４を備えることにより、図１に示した試料４０と同様に、昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽することができる。例えば、試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２がインジウムを含むような場合には、導電性薄膜４３としてＰｄＡｇ薄膜との間に、第二の薄膜４４を備えることにより、試料本体４１及び導電領域又は絶縁領域４２と導電性薄膜４３の材料が合金を作るようなことはない。

本発明による水素透過検出のための第二の実施形態の試料４０Ａによれば、試料本体４１の少なくとも一部が、例えば亜鉛，カドミウム，水銀等の平衡蒸気圧の高い金属材料から構成されている場合に、これらの金属材料と反応しない材料、例えばＡｌ，Ｐｂ，Ｓｎの何れか又はＡｌ，Ｐｂ，Ｓｎの何れかを含む合金から成る第二の薄膜４４により試料本体４１を覆うと共に、導電性薄膜４３と直接に接触しないようにすることによって、これらの金属材料が導電性薄膜４３と反応することがなく、第二の薄膜４４から導電性薄膜４３を透過して分析室１１の超高真空環境を汚染することがない。この場合、第二の薄膜４４が水素透過性を備えていることで、試料本体４１から放出される水素イオンは第二の薄膜４４により妨げられることなく第二の薄膜４４から導電性薄膜４３を透過する。

図１１は、本発明による水素透過検出のための試料の第三の実施形態の構成を示している。図１１において、試料８０は、基板８１と、基板８１上の一部領域に配置された水素透過検出のための試料本体８２と、基板８１上にて試料本体８２を除く領域を覆うように形成された第三の薄膜８３と、基板８１上にて、試料本体８２及び第三の薄膜８３を含む表面全体に亘って配設された導電性薄膜８４と、から構成されている。
基板８１は、水素透過性を有する材料、例えばパラジウムから構成されている。試料本体８２は、昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料から構成されている。
第三の薄膜８３は、水素透過性の低い材料から構成され、基板８１を下方から上方に貫通しようとする水素が第三の薄膜８３により阻止される。他方、試料本体８２が、基板８１上の一部領域に配置されることにより、図１の試料４０と比較して水素放出のための領域の表面積が小さく選定される。具体的には、試料本体８２は、水素放出のための領域の表面積が、例えば第三の薄膜８３よりも小さく選定される。
導電性薄膜８４は、図１の試料４０における導電性薄膜４３と同様の構成である、即ち水素透過性を備え且つ試料本体８２からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性材料、好ましくは試料本体８２との間で合金を作らない材料から構成される。

このような構成の試料８０によれば、水素透過検出の際に、試料本体８２から昇華又は蒸発によるガスが放出されたとしても、その放出ガスの量は、図１の試料４０と比較して大幅に低減されるので、当該試料８０の水素透過検出を行なう場合、分析室１１の超高真空環境内に放出されるガス量と当該分析室１１の真空ポンプによる排気量とのバランスにより、即ちガス放出量より排気量を多く設定することで、超高真空環境の放出ガスによる汚染が大幅に低減され得る。

本発明による水素透過検出のための試料の第三の実施形態によれば、試料本体８２の表面積が小さいことから、試料本体８２の表面から分析室１１の超高真空側への昇華又は蒸発によるガス放出が抑制され、分析室１１の超高真空環境の汚染が低減する。さらに、第三の薄膜８３が、試料本体８２の他の領域を覆うことにより、試料本体８２の表面の真空側に露出する表面積が実質的に小さくなるので、試料本体８２の表面から超高真空側への昇華又は蒸発によるガス放出が抑制され、超高真空環境の汚染が低減する。

図１２は、本発明による水素透過検出のための試料の第四の実施形態の構成を示している。図１２において、試料９０は、上下に貫通する小径の貫通穴９１ａを備えた支持板９１と、貫通穴９１ａ内に真空用接着剤９２により固定された小径の試料本体９３と、から構成される。支持板９１は、水素透過性の低い材料、例えばステンレス鋼等から構成される。試料本体９３は、昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料から構成される。真空用接着剤９２は、例えばＶａｃシール，トールシール等の超高真空環境に使用可能な材料から成る接着剤であり、超高真空環境においても試料本体９３を支持板９１に対して確実に固定保持することができる。
なお、図示の場合、支持板９１の貫通穴９１ａ及び試料本体９３は、真空側（図面にて上方）に向かって先細となるようにテーパ状に形成されている。これにより、真空側からの負圧により試料本体９３が真空側に向かって引っ張られ、試料本体９３が貫通穴９１ａの周囲に対してより強く密着し、気密性が高められる。図１２においても、図１の試料４０における導電領域又は絶縁領域４２を図示省略している。

このような構成の試料９０によれば、図１１の試料８０と同様に、水素放出のための領域が、図１の試料４０と比較して小さく選定される。これにより、水素透過検出の際に、試料本体９３から昇華又は蒸発によるガスが放出されたとしても、その放出ガスの量は、図１の試料４０と比較して大幅に低減される。

本発明による水素透過検出のための試料の第四の実施形態によれば、試料本体９３自体が小径に形成され、支持板９１の小径の貫通穴内に固定されているので、試料本体９３の真空側に露出する表面積が実質的に小さくなり、試料本体９３の表面から超高真空側への昇華又は蒸発によるガス放出が抑制され、超高真空環境の汚染が低減する。

図１３は、本発明による水素透過検出のための試料の第五の実施形態の構成を示す。図１３において、試料９０Ａは、図１２の試料９０とほぼ同様の構成で、支持板９１及び試料本体９３の表面全体を覆うように形成された導電性薄膜９４を備える点で異なる構成である。
導電性薄膜９４は、図１の試料４０における導電性薄膜４３と同様の構成である、即ち水素透過性を備え且つ試料本体９３からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性材料、好ましくは試料本体９３との間で合金を作らない材料から構成される。なお、図１３においても、図１の試料４０における導電領域又は絶縁領域４２を図示省略した。

試料９０Ａの構成によれば、図１２の試料９０と同様に作用すると共に、さらに導電性薄膜９４が存在することで、試料本体９３から昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽でき、チャージアップを防止することができる。

本発明による水素透過検出のための試料９０Ａの第五の実施形態によれば、試料本体９３の表面に水素透過性を備え且つ試料本体９３からの昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する導電性薄膜９４が配設されるので、当該試料９０Ａを水素透過検出のために走査型電子顕微鏡１５の走査電子により電子遷移誘起で励起させる際、当該試料９０の導電領域又は絶縁領域４２に被覆された導電性薄膜９４によって、試料本体９３から昇華又は蒸発によりガスが放出されようとしても導電性薄膜９４によって遮蔽されると共に、試料本体９３の絶縁領域に電子が蓄積しようとしても導電性薄膜９４に沿って移動することから、当該絶縁領域が帯電して所謂チャージアップが発生せず、電子遷移誘起で励起された水素イオンがチャージアップの影響を受けることなく脱離する。

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。例えば、上述した実施形態では、試料本体４１，８２及び９３は、鉄鋼，ステンレス鋼，Ｓｉ基板等の材料から構成したが、これに限らず、例えば高分子材料等の絶縁材料から構成してもよいことは明らかである。
また、上述した実施形態においては、試料本体４１，８２及び９３上に、水素放出領域としての導電性薄膜４３，８４，９４が設けられているが、これに限らず、導電性薄膜４３，８４，９４には、絶縁領域が設けられていてもよいことは明らかである。この場合、絶縁領域は、昇華又は蒸発によるガス放出を遮蔽する材料である。

１０ 水素ガス透過拡散経路観測装置
１１ 分析室
１２，１２Ａ 試料ホルダー
１２ａ 中空部
１２ｂ フランジ部
１２ｃ 試料搭載部
１３ 試料固定板
１４ 水素配管
１５ 走査型電子顕微鏡
１６ 電子源
１８ 二次電子検出部
１９ ガス供給部
２０ 水素イオン検出部
２１ 収集機構
２２ イオンエネルギー分解部
２３ イオン検出器
３１ 試料台部
３３ 試料温度測定部
３４ 試料位置調整部
３７ 第１の真空排気部
３８ 第２の真空排気部
４０，４０Ａ 水素透過検出のための試料
４１ 試料本体
４２ 導電領域又は絶縁領域
４２ａ 埋め込まれた導電領域又は絶縁領域
４３ 導電性薄膜
４４ 第二の薄膜
５０ 制御部
５１ 電子顕微鏡全体制御部
５２ 電子衝撃脱離全体制御部
５３ 二次電子検出部
５４ 電子光学系制御部
５５ ＳＥＭ用の画像演算部
５６ 高電圧安定化電源
５７ 入力装置
５８ ディスプレイ
５９ 記憶装置
６０ 二次元のマルチチャンネルスケーラー
６１ パルス計数部
６１ａ 水素イオンのカウント数信号
６２ 同期制御部
６２ａ 垂直走査信号
６２ｂ 水平走査信号
６２ｃ 走査位置に関する情報
６２ｄ，６２ｅ デジタルアナログ変換器
６３ 測定信号の二次元平面への並べ替え部
６４ ＥＳＤ用の画像演算部
６５ ディスプレイ
６６ 記憶装置
６７ 電子衝撃脱離イオン検出部
７２ マイクロプロセッサ
７２ａ，７２ｂ 入出力インターフェース
８０ 水素透過検出のための試料
８１ 基板
８２ 試料本体
８３ 第三の薄膜
９０，９０Ａ 水素透過検出のための試料
９１ 支持板
９２ 接着剤
９３ 試料本体
９４ 導電性薄膜

Claims (15)

1. 試料の背面から透過した水素原子あるいは当該試料の材料内部から湧出した水素原子を、超高真空中で走査型電子顕微鏡の走査電子により電子遷移誘起で励起させて水素イオンを脱離させ、該脱離した水素イオンのＥＳＤ像を、前記走査型電子顕微鏡の電子線の走査に同期して取得する、水素透過検出のための試料であって、
   表面領域に配設された導電領域又は絶縁領域を備え且つ該導電領域又は絶縁領域が昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料を含む試料本体と、
   前記試料本体の導電領域又は絶縁領域を含む表面全体に亘って配設された水素透過性を備え且つ前記試料本体からのガス放出を遮蔽する導電性薄膜と、
   を備える、水素透過検出のための試料。
2. 前記試料本体の少なくとも一部が、高分子材料から構成されており、
   前記導電性薄膜が、前記試料本体の表面に蒸着により形成されている、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の水素透過検出のための試料。
3. 前記試料本体の少なくとも一部が、蒸気圧の高い金属又は該金属の合金からなる材料から構成されており、
   前記導電性薄膜が、前記蒸気圧の高い金属と合金を形成しない金属材料で成るか又は、前記蒸気圧の高い金属合金と合金を形成しない金属材料で成る、請求項１に記載の水素透過検出のための試料。
4. 前記導電性薄膜が、パラジウム，バナジウム，ニオブ，タンタル，チタン，銀又はこれらの合金であることを特徴とする、請求項３に記載の水素透過検出のための試料。
5. 前記試料本体の少なくとも一部が、蒸気圧の高い金属材料から構成されており、
   前記試料本体の表面と前記導電性薄膜との間に、水素透過性を備え且つ前記蒸気圧の高い金属材料と反応しない材料から成る第二の薄膜を備えている、
   請求項１に記載の水素透過検出のための試料。
6. 前記第二の薄膜が、Ａｌ，Ｐｂ，Ｓｎの何れか又はＡｌ，Ｐｂ，Ｓｎの何れかを含む合金である、請求項５に記載の水素透過検出のための試料。
7. 前記試料本体の表面の真空側への水素放出のための領域を除く他の領域を覆うように、水素透過性の低い第三の薄膜が備えられる、請求項１に記載の水素透過検出のための試料。
8. 前記試料本体の水素放出のための領域の表面積が、前記第三の薄膜の表面積よりも小さく設定される、請求項７に記載の水素透過検出のための試料。
9. 試料の背面から透過した水素原子あるいは当該試料の材料内部から湧出した水素原子を、超高真空中で走査型電子顕微鏡の走査電子により電子遷移誘起で励起させて水素イオンを脱離させ、該脱離した水素イオンのＥＳＤ像を、前記走査型電子顕微鏡の電子線の走査に同期して取得する、水素透過検出のための試料であって、
   水素透過性の低い材料から成り、一部に貫通穴を備えた支持板と、
   表面領域に局所的に配設された導電領域又は絶縁領域を有し且つ少なくとも一部が昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料から成る試料本体と、を備え、
   該試料本体が、前記支持板の貫通穴内に固定されて成る、水素透過検出のための試料。
10. 水素透過性を備え且つ前記試料本体からのガス放出を遮蔽する導電性薄膜が、前記試料本体を含む支持板の表面全体に亘って配設された、請求項９に記載の水素透過検出のための試料。
11. 前記導電性薄膜が、均一の膜厚を有している、請求項１から８又は１０の何れかに記載の水素透過検出のための試料。
12. 前記導電性薄膜が、走査型電子顕微鏡の空間分解能と同程度以下の膜厚を有している、請求項１から８又は１０，１１の何れかに記載の水素透過検出のための試料。
13. 試料の背面から透過した水素原子あるいは当該試料の材料内部から湧出した水素原子を超高真空中で走査型電子顕微鏡の走査電子により電子遷移誘起で励起させて水素イオンを脱離させ、該脱離した水素イオンのＥＳＤ像を前記走査型電子顕微鏡の電子線の走査に同期して取得する、水素透過検出のための試料の製造方法であって、
    表面領域に導電領域又は絶縁領域を配設し且つ該導電領域又は絶縁領域が昇華又は蒸発によりガス放出しやすい材料で試料本体を形成する工程と、
    前記試料本体の導電領域又は絶縁領域の含む表面に亘って、水素透過性を備え且つ前記試料本体からのガス放出を遮蔽する導電性薄膜を形成する工程と、
    を備え、
    前記導電性薄膜を、前記試料本体から試料表面上にガスが放出されない温度で、該試料表面に蒸着により形成する、水素透過検出のための試料の製造方法。
14. 前記試料本体の少なくとも一部を、高分子材料から形成し、
    前記導電性薄膜を、前記高分子材料を溶融又は昇華させない温度で、蒸着又はスパッタリング法により形成する、請求項１３に記載の水素透過検出のための試料の製造方法。
15. 前記導電性薄膜を、前記試料本体の表面と合金を作らない程度の温度で形成する、請求項１３に記載の水素透過検出のための試料の製造方法。

Images