JP2535772B2 - 逆光電子分光用狭帯域高感度光検出器 - Google Patents
逆光電子分光用狭帯域高感度光検出器Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
- H01J43/04—Electron multipliers
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は逆光電子分光用狭帯域高
感度光検出器に係り、本発明の属する技術分野は電子技
術、光技術であって、高分解能逆光電子分光装置に使用
されるものである。
感度光検出器に係り、本発明の属する技術分野は電子技
術、光技術であって、高分解能逆光電子分光装置に使用
されるものである。
【０００２】
【従来の技術】逆光電子分光用帯域フィルター型光検出
器はロ−・カットフィルター及びハイ−・カットフィル
ターの単純な組み合わせで構成され、最近開発された最
も性能のよい検出器ではロ−・カットフィルターとして
ＫＣｌ薄膜を表面に蒸着したＣｕ−ＢｅＯを第１ダイノ
ードに持つ光電子倍増管が、またハイ−・カットフィル
ターとしてＳｒＦ2 単結晶窓が採用され、図１のような
特性（中心エネルギー9.40ｅＶ、半値幅0.47ｅＶ）が用
いられている。
器はロ−・カットフィルター及びハイ−・カットフィル
ターの単純な組み合わせで構成され、最近開発された最
も性能のよい検出器ではロ−・カットフィルターとして
ＫＣｌ薄膜を表面に蒸着したＣｕ−ＢｅＯを第１ダイノ
ードに持つ光電子倍増管が、またハイ−・カットフィル
ターとしてＳｒＦ2 単結晶窓が採用され、図１のような
特性（中心エネルギー9.40ｅＶ、半値幅0.47ｅＶ）が用
いられている。
【０００３】この帯域フィルター型光検出器は、構造が
単純で動作の安定性も高いという特徴をもつ。しかし、
得られる分解能はせいぜい0.47ｅＶ程度であった。
単純で動作の安定性も高いという特徴をもつ。しかし、
得られる分解能はせいぜい0.47ｅＶ程度であった。
【０００４】光電子分光と逆光電子分光はそれぞれ物質
中の占有準位と非占有準位を直接観測する手段であり、
互いに相補的な関係にある。現在光電子分光の標準的な
分解能は0.3 ｅＶ程度である。逆光電子分光スぺクトル
と光電子スぺクトルを用い、占有準位と非占有準位を同
程度の精度で調べることは物質研究にとって極めて望ま
しいことである。このことを実現するためには、帯域フ
ィルター型光検出器の帯域幅を0.3 ｅＶ程度まで狭くす
る必要がある。
中の占有準位と非占有準位を直接観測する手段であり、
互いに相補的な関係にある。現在光電子分光の標準的な
分解能は0.3 ｅＶ程度である。逆光電子分光スぺクトル
と光電子スぺクトルを用い、占有準位と非占有準位を同
程度の精度で調べることは物質研究にとって極めて望ま
しいことである。このことを実現するためには、帯域フ
ィルター型光検出器の帯域幅を0.3 ｅＶ程度まで狭くす
る必要がある。
【０００５】一般的に、高分解能を行なおうとするとそ
れに伴って検出感度が低下する。この帯域フィルター型
光検出器の場合も同様である。測定試料の表面が真空中
で不安定なものの場合、長時間信号を積算するような実
験は不可能になる。この場合は、分解能を犠牲にして、
検出感度を高めることが要求される。従来の帯域フィル
ター型光検出器で、実験中に帯域幅を変化させることは
不可能である。従って、高分解能を実用化するために
は、検出感度がある程度低くても分解能の高い検出器
と、感度の高い検出器を２つ装置内に組み込んだものを
考える必要がある。本発明では感度の高い光検出器を提
供することを目的とする。
れに伴って検出感度が低下する。この帯域フィルター型
光検出器の場合も同様である。測定試料の表面が真空中
で不安定なものの場合、長時間信号を積算するような実
験は不可能になる。この場合は、分解能を犠牲にして、
検出感度を高めることが要求される。従来の帯域フィル
ター型光検出器で、実験中に帯域幅を変化させることは
不可能である。従って、高分解能を実用化するために
は、検出感度がある程度低くても分解能の高い検出器
と、感度の高い検出器を２つ装置内に組み込んだものを
考える必要がある。本発明では感度の高い光検出器を提
供することを目的とする。
【０００６】光電子分光と逆光電子分光は占有、非占有
電子状態に関する情報を提供し、両者の情報を合わせて
初めて物質の電子状態の全容が明らかにされる。通常の
光電子分光の分解能は約0.3 ｅＶで逆光電子分光の分解
能は約0.5 ｅＶ程度である。従って、両者のデーターを
比較検討する上で、同等の分解能にする必要がある。逆
光電子分光は、単色化した電子線を試料に照射し、試料
表面から放出される光の中である単一のエネルギー成分
に着目し、電子線のエネルギーの関数としてその光の強
度を観測することで、試料の非占有電子状態を知る方法
である。電子線のエネルギー幅は、電子源の熱電子の広
がりで決まり、約0.25ｅＶである。一方帯域フィルター
型光検出器の帯域幅は、従来の最小なもので約0.47ｅＶ
であり最近の技術開発により0.35ｅＶにまで向上してき
た。しかし、光電子分光と同程度の分解能にするために
は、光検出器の帯域幅を、電子線の幅0.25ｅＶ程度まで
狭くする必要がある。
電子状態に関する情報を提供し、両者の情報を合わせて
初めて物質の電子状態の全容が明らかにされる。通常の
光電子分光の分解能は約0.3 ｅＶで逆光電子分光の分解
能は約0.5 ｅＶ程度である。従って、両者のデーターを
比較検討する上で、同等の分解能にする必要がある。逆
光電子分光は、単色化した電子線を試料に照射し、試料
表面から放出される光の中である単一のエネルギー成分
に着目し、電子線のエネルギーの関数としてその光の強
度を観測することで、試料の非占有電子状態を知る方法
である。電子線のエネルギー幅は、電子源の熱電子の広
がりで決まり、約0.25ｅＶである。一方帯域フィルター
型光検出器の帯域幅は、従来の最小なもので約0.47ｅＶ
であり最近の技術開発により0.35ｅＶにまで向上してき
た。しかし、光電子分光と同程度の分解能にするために
は、光検出器の帯域幅を、電子線の幅0.25ｅＶ程度まで
狭くする必要がある。
【０００７】一般に、分解能を高めると、検出感度が低
下する。逆光電子分光用帯域フィルター型光検出器の場
合も同様で、半値幅を小さくすると検出器の感度は低下
し、測定に多くの時間を必要とする。一方、半値幅を大
きくすると感度は向上し、短時間で測定が終了できる。
一般に、分解能を優先するか感度を優先するかは、測定
に要する時間の制約と、測定する物質が、逆光電子分光
測定を行う超高真空中で安定か否かで決められる。
下する。逆光電子分光用帯域フィルター型光検出器の場
合も同様で、半値幅を小さくすると検出器の感度は低下
し、測定に多くの時間を必要とする。一方、半値幅を大
きくすると感度は向上し、短時間で測定が終了できる。
一般に、分解能を優先するか感度を優先するかは、測定
に要する時間の制約と、測定する物質が、逆光電子分光
測定を行う超高真空中で安定か否かで決められる。
【０００８】逆光電子分光装置の分解能を支配的に決め
ているものは、帯域フィルター型光検出器の帯域幅であ
る。現在実用化されている帯域フィルター型光検出器に
は、光電子増倍管を用いた型とガイガーミュラー管を用
いた型の２通りがある。安定性、超高真空との相性性の
点で、光電子増倍管を用いた型が圧倒的に有利であり、
世界の多くの研究グループでこのタイプの検出器を用い
ている。本発明の光検出器もこれと同じ光電子増倍管型
に属する。この型の光検出器は安定性、超高真空性等の
利点がある一方、分解能に関して劣っていた。現在実用
化されている同タイプの光検出器の帯域幅は、最小で約
0.47ｅＶである。
ているものは、帯域フィルター型光検出器の帯域幅であ
る。現在実用化されている帯域フィルター型光検出器に
は、光電子増倍管を用いた型とガイガーミュラー管を用
いた型の２通りがある。安定性、超高真空との相性性の
点で、光電子増倍管を用いた型が圧倒的に有利であり、
世界の多くの研究グループでこのタイプの検出器を用い
ている。本発明の光検出器もこれと同じ光電子増倍管型
に属する。この型の光検出器は安定性、超高真空性等の
利点がある一方、分解能に関して劣っていた。現在実用
化されている同タイプの光検出器の帯域幅は、最小で約
0.47ｅＶである。
【０００９】本発明ではこの帯域幅をきわめて簡単な手
法で約0.35ｅＶ程度まで改善し、本来狭帯域化で感度が
低下するところを従来の約1.5 倍に高めることを目的と
する。また帯域フィルターの中心エネルギーを従来より
も0.5 ｅＶ程高エネルギー側に移動させたことで、従来
よりも高いエネルギーの電子を利用できるようになり、
性質のよい電子線を用いることを可能にした。従って本
発明は分解能、感度の改善の他に、電子銃を含めた装置
全体の性能向上に寄与するようにしたものである。
法で約0.35ｅＶ程度まで改善し、本来狭帯域化で感度が
低下するところを従来の約1.5 倍に高めることを目的と
する。また帯域フィルターの中心エネルギーを従来より
も0.5 ｅＶ程高エネルギー側に移動させたことで、従来
よりも高いエネルギーの電子を利用できるようになり、
性質のよい電子線を用いることを可能にした。従って本
発明は分解能、感度の改善の他に、電子銃を含めた装置
全体の性能向上に寄与するようにしたものである。
【００１０】本発明は感度の高い光検出器を提供するこ
とを目的とするもので、逆光電子分光用帯域フィルター
型光検出器の半値幅を現在の0.47ｅＶから0.3 ｅＶ程度
まで向上させると同時に、検出感度を向上させることを
目的としている。帯域フィルター型光検出器の分解能並
びに検出感度の向上は、高分解能逆光電子分光測定を可
能にし、あらゆる物質の評価に大いに貢献する。
とを目的とするもので、逆光電子分光用帯域フィルター
型光検出器の半値幅を現在の0.47ｅＶから0.3 ｅＶ程度
まで向上させると同時に、検出感度を向上させることを
目的としている。帯域フィルター型光検出器の分解能並
びに検出感度の向上は、高分解能逆光電子分光測定を可
能にし、あらゆる物質の評価に大いに貢献する。
【００１１】
【００１２】本発明は、従来よりも高い分解能（通常の
光電子分光と同程度またはそれ以上）を実現しつつ、従
来よりも高い検出感度を実現する技術であり、実際の高
分解能実験で威力を発揮することが必要になる。
光電子分光と同程度またはそれ以上）を実現しつつ、従
来よりも高い検出感度を実現する技術であり、実際の高
分解能実験で威力を発揮することが必要になる。
【００１３】本発明によると、従来の光検出器をわずか
の改良により、従来の分解能より高い分解能を実現で
き、同時に検出感度を1.6 倍に向上させることが可能と
なる。本発明により従来よりも高い分解能での実験時間
を大幅に短縮でき、物性研究に大きいに貢献する。
の改良により、従来の分解能より高い分解能を実現で
き、同時に検出感度を1.6 倍に向上させることが可能と
なる。本発明により従来よりも高い分解能での実験時間
を大幅に短縮でき、物性研究に大きいに貢献する。
【００１４】本発明は、電子銃よりの電子線を試料に当
て、試料から放出された光を集光投射し、光検出を行う
逆光電子分光装置の光検出器において、前記光検出器の
光電子増倍管の前面にＫＣｌ薄膜を蒸着したＣａＦ2 単
結晶窓を設け、前記光電子増倍管の第１ダイノードの表
面にＫＣｌ薄膜を蒸着したものより成り、前記光電子増
倍管の出力側を増幅器を介してパルス計数回路に接続
し、逆光電子分光用帯域フィルターとしての窓の透過
率、検出感度等の光吸収諸特性を測定するよう構成した
ことを特徴とする逆光電子分光用狭帯域高感度光検出器
にある。〔構成〕
て、試料から放出された光を集光投射し、光検出を行う
逆光電子分光装置の光検出器において、前記光検出器の
光電子増倍管の前面にＫＣｌ薄膜を蒸着したＣａＦ2 単
結晶窓を設け、前記光電子増倍管の第１ダイノードの表
面にＫＣｌ薄膜を蒸着したものより成り、前記光電子増
倍管の出力側を増幅器を介してパルス計数回路に接続
し、逆光電子分光用帯域フィルターとしての窓の透過
率、検出感度等の光吸収諸特性を測定するよう構成した
ことを特徴とする逆光電子分光用狭帯域高感度光検出器
にある。〔構成〕
【００１５】本発明の具体例を以下図面について詳細に
説明する。図２は逆光電子分光装置の原理を示す概略図
であり、１は電子銃、２はそれより放射される電子線、
３は試料であり、電子銃１より放射された電子線２は試
料３に当り、試料から放出された光４が集光鏡５に当っ
て集光され、光検出器６に投射される。
説明する。図２は逆光電子分光装置の原理を示す概略図
であり、１は電子銃、２はそれより放射される電子線、
３は試料であり、電子銃１より放射された電子線２は試
料３に当り、試料から放出された光４が集光鏡５に当っ
て集光され、光検出器６に投射される。
【００１６】図３は図２の光検出器６に組込まれる逆光
電子増倍管７の構成を示す。図３において、８はＫＣｌ
薄膜９を表面に150 Åの膜厚で蒸着したＣａＦ2 単結晶
窓を示す。
電子増倍管７の構成を示す。図３において、８はＫＣｌ
薄膜９を表面に150 Åの膜厚で蒸着したＣａＦ2 単結晶
窓を示す。
【００１７】図３に示す光４は図２の光検出器６に入射
される光と同じであり、ＫＣｌ薄膜９及びＣａＦ2 単結
晶窓８を通った光はソーラーブラインド型（ＨＴＶ：Ｒ
−595 または相当品等）の光電子増幅管７のＫＣｌ薄膜
10を表面に1000Å蒸着した第１ダイノード11に入射す
る。
される光と同じであり、ＫＣｌ薄膜９及びＣａＦ2 単結
晶窓８を通った光はソーラーブラインド型（ＨＴＶ：Ｒ
−595 または相当品等）の光電子増幅管７のＫＣｌ薄膜
10を表面に1000Å蒸着した第１ダイノード11に入射す
る。
【００１８】図２の光検出器６に入射した光４は、図３
に示すＫＣｌ薄膜９を被覆したＣａＦ2 単結晶窓８を通
過する。ＣａＦ2 単結晶窓８の遮断エネルギーは10ｅＶ
（室温）であり、結局図４（ｂ）に示すように、約10ｅ
Ｖ以上の光は、通過できないことになる。図４（ａ）は
ＣａＦ2 単結晶窓の検出感度、図４（ｂ）はその透過
率、図（ｃ）は中心エネルギー9.8 ｅＶにおける検出感
度を示す。
に示すＫＣｌ薄膜９を被覆したＣａＦ2 単結晶窓８を通
過する。ＣａＦ2 単結晶窓８の遮断エネルギーは10ｅＶ
（室温）であり、結局図４（ｂ）に示すように、約10ｅ
Ｖ以上の光は、通過できないことになる。図４（ａ）は
ＣａＦ2 単結晶窓の検出感度、図４（ｂ）はその透過
率、図（ｃ）は中心エネルギー9.8 ｅＶにおける検出感
度を示す。
【００１９】本発明の主要構成は、 （ａ）ソーラーブラインド型光電子増倍管７ （ｂ）表面にＫＣｌ薄膜９を1000Åの膜厚で蒸着した第
１ダイノード11 （ｃ）ＫＣｌ薄膜９を表面に150 Åの膜厚で蒸着したＣ
ａＦ2 単結晶窓８である。
１ダイノード11 （ｃ）ＫＣｌ薄膜９を表面に150 Åの膜厚で蒸着したＣ
ａＦ2 単結晶窓８である。
【００２０】
【作用】構成要素（ａ）光電子増倍管７、（ｂ）その第
１ダイノード11及び（ｃ）のＣａＦ2 単結晶窓８の表面
に蒸着されたＫＣｌ薄膜９の組み合わせはローカットフ
ィルターとして機能し、（ｃ）のＣａＦ2 単結晶窓８の
部分はハイ−カットフィルターとして機能する（図４
（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。構成要素（ａ），
（ｂ）及び（ｃ）の組み合わせにより、図４（ｃ）のよ
うな中心エネルギー9.8 ｅＶ、半値幅0.35ｅＶの特性を
もつ帯域フィルター型光検出器の機能が実現される。感
度も従来のＳｒＦ2 を用いた検出器に比べ、約1.6 倍程
向上したことを示している。
１ダイノード11及び（ｃ）のＣａＦ2 単結晶窓８の表面
に蒸着されたＫＣｌ薄膜９の組み合わせはローカットフ
ィルターとして機能し、（ｃ）のＣａＦ2 単結晶窓８の
部分はハイ−カットフィルターとして機能する（図４
（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。構成要素（ａ），
（ｂ）及び（ｃ）の組み合わせにより、図４（ｃ）のよ
うな中心エネルギー9.8 ｅＶ、半値幅0.35ｅＶの特性を
もつ帯域フィルター型光検出器の機能が実現される。感
度も従来のＳｒＦ2 を用いた検出器に比べ、約1.6 倍程
向上したことを示している。
【００２１】本発明の考え方は、 (1)従来の光検出器のバンドパス特性は、ローパスフィ
ルター（ＳｒＦ2 単結晶窓）とハイパスフィルター（光
電子倍増管の感度の立ち上がり）を組み合わせることで
実現している。 (2)分解能を悪くしているのは、カットオフのなだらか
なハイパスフィルターの特性による。 (3)ハイパスフィルターの特性を決定しているのは、光
電子倍増管の感度特性で、この部分を改善すれば、帯域
幅は小さくなる。 (4)そこでＫＣｌ薄膜を第１ダイオードに蒸着した光電
子倍増管を用いることで、感度の立ち上がりが鋭くなり
かつ光電子の放出効率が向上し、感度も増大する。 (5)さらに、帯域幅を小さくするためにはさらにハイパ
スフィルター（光電子倍増管の感度特性）のカットオフ
特性を改善する必要がある。 (6)そのために、カットオフ近傍に鋭い吸収特性をもつ
薄膜を導入する必要が生じる。しかし、薄膜とはいって
も有限の吸収をもつため全体的に感度が低下してしま
う。 (7)吸収薄膜を導入するにあたって高い感度を実現する
必要がある。そのためには、光電子倍増管の感度の高い
領域、即ち従来よりも高いエネルギー領域で動作すれば
よい。 (8)本発明では従来のＳｒＦ2 窓をＣａＦ2 窓にするこ
とで、ローパスフィルターのカットオフエネルギーを0.
5 ｅＶ高エネルギー側に移動させた。 (9)ＣａＦ2 のカットオフに対応した鋭い吸収をもつ薄
膜を導入する。されはＫＣｌ薄膜が最適である。 (10) ＫＣｌ薄膜とＣａＦ2 窓とＫＣｌを1000Å蒸着し
た光電子倍増管を組み合わせることで、従来のＳｒＦ2
窓を用いた検出器に比べ帯域幅が0.47ｅＶから0.35ｅＶ
に狭くなり、感度は約1.6 倍高くなった。
ルター（ＳｒＦ2 単結晶窓）とハイパスフィルター（光
電子倍増管の感度の立ち上がり）を組み合わせることで
実現している。 (2)分解能を悪くしているのは、カットオフのなだらか
なハイパスフィルターの特性による。 (3)ハイパスフィルターの特性を決定しているのは、光
電子倍増管の感度特性で、この部分を改善すれば、帯域
幅は小さくなる。 (4)そこでＫＣｌ薄膜を第１ダイオードに蒸着した光電
子倍増管を用いることで、感度の立ち上がりが鋭くなり
かつ光電子の放出効率が向上し、感度も増大する。 (5)さらに、帯域幅を小さくするためにはさらにハイパ
スフィルター（光電子倍増管の感度特性）のカットオフ
特性を改善する必要がある。 (6)そのために、カットオフ近傍に鋭い吸収特性をもつ
薄膜を導入する必要が生じる。しかし、薄膜とはいって
も有限の吸収をもつため全体的に感度が低下してしま
う。 (7)吸収薄膜を導入するにあたって高い感度を実現する
必要がある。そのためには、光電子倍増管の感度の高い
領域、即ち従来よりも高いエネルギー領域で動作すれば
よい。 (8)本発明では従来のＳｒＦ2 窓をＣａＦ2 窓にするこ
とで、ローパスフィルターのカットオフエネルギーを0.
5 ｅＶ高エネルギー側に移動させた。 (9)ＣａＦ2 のカットオフに対応した鋭い吸収をもつ薄
膜を導入する。されはＫＣｌ薄膜が最適である。 (10) ＫＣｌ薄膜とＣａＦ2 窓とＫＣｌを1000Å蒸着し
た光電子倍増管を組み合わせることで、従来のＳｒＦ2
窓を用いた検出器に比べ帯域幅が0.47ｅＶから0.35ｅＶ
に狭くなり、感度は約1.6 倍高くなった。
【００２２】通常、逆光電子分光装置では図２のよう
に、10-10 Ｔｏｒｒ台の超高真空装置内部で、低速電子
線２を試料３に照射し、試料３から放出された光４を、
大立体角集光鏡５で検出器６に導く。本発明の光検出器
６は集光された光４のうち9.8±0.12ｅＶの光のみを検
出するように構成される。
に、10-10 Ｔｏｒｒ台の超高真空装置内部で、低速電子
線２を試料３に照射し、試料３から放出された光４を、
大立体角集光鏡５で検出器６に導く。本発明の光検出器
６は集光された光４のうち9.8±0.12ｅＶの光のみを検
出するように構成される。
【００２３】本発明の光検出器では、ＫＣｌ薄膜10をＣ
ｕ−ＢｅＯより成る第１ダイノード11に蒸着することで
感度が向上するとともに、ローカットフィルターの特性
が改善され、従来のＳｒＦ2 窓のハイ−カットフィルタ
ーとの組み合わせで、従来の分解能0.47ｅＶが実現され
てきた。
ｕ−ＢｅＯより成る第１ダイノード11に蒸着することで
感度が向上するとともに、ローカットフィルターの特性
が改善され、従来のＳｒＦ2 窓のハイ−カットフィルタ
ーとの組み合わせで、従来の分解能0.47ｅＶが実現され
てきた。
【００２４】光検出器に関しては、従来のＳｒＦ2 の遮
断エネルギー（9.5 ｅＶ）より高い遮断エネルギー（10
ｅＶ）をもつＣａＦ2 の方が好ましい。しかし、ハイ−
カットフィルターの遮断エネルギーを高エネルギー側に
移すことで帯域幅が広くなり、分解能が低下する。
断エネルギー（9.5 ｅＶ）より高い遮断エネルギー（10
ｅＶ）をもつＣａＦ2 の方が好ましい。しかし、ハイ−
カットフィルターの遮断エネルギーを高エネルギー側に
移すことで帯域幅が広くなり、分解能が低下する。
【００２５】そこで本発明では、ＣａＦ2 単結晶窓８に
ＫＣｌ薄膜９を蒸着し、ＫＣｌ薄膜９の光吸収特性を利
用して、ローカットフィルターの遮断エネルギーを高エ
ネルギー側に移すとともに、遮断特性を向上させたので
ある。
ＫＣｌ薄膜９を蒸着し、ＫＣｌ薄膜９の光吸収特性を利
用して、ローカットフィルターの遮断エネルギーを高エ
ネルギー側に移すとともに、遮断特性を向上させたので
ある。
【００２６】本発明では、ＣａＦ2 単結晶窓８のハイ−
カットフィルターとＫＣｌ光吸収薄膜10を用いたローカ
ットフィルターとの組み合わせにより、帯域幅を0.35ｅ
Ｖまで向上させることができ、さらに検出感度を従来の
約1.6 倍に向上させることに成功した。
カットフィルターとＫＣｌ光吸収薄膜10を用いたローカ
ットフィルターとの組み合わせにより、帯域幅を0.35ｅ
Ｖまで向上させることができ、さらに検出感度を従来の
約1.6 倍に向上させることに成功した。
【００２７】従来はローカット特性を第１ダイノード
（通常、表面を感度向上のための物質でコートしてい
る）の感度特性のみで決めていたのに対し、本発明では
新たな遮断要素を導入してローカット特性を改善してい
る点が新規特徴で、これが重要な構成要素である。以上
の発想のもとに本発明では、上述のような理由でＣａＦ
2単結晶窓８を導入し、ＣａＦ2 単結晶窓８のハイ−カ
ット特性に最もふさわしいローカット特性を実現するＫ
Ｃｌ薄膜９を用いている。このＫＣｌ薄膜９は、ハイ−
カットフィルターとして用いているＣａＦ2 単結晶窓８
の表面に直接蒸着して作成される。ＫＣｌ薄膜の他に同
様の光吸収特性をもつＲｂＦ薄膜も本発明の光検出器に
利用可能である。
（通常、表面を感度向上のための物質でコートしてい
る）の感度特性のみで決めていたのに対し、本発明では
新たな遮断要素を導入してローカット特性を改善してい
る点が新規特徴で、これが重要な構成要素である。以上
の発想のもとに本発明では、上述のような理由でＣａＦ
2単結晶窓８を導入し、ＣａＦ2 単結晶窓８のハイ−カ
ット特性に最もふさわしいローカット特性を実現するＫ
Ｃｌ薄膜９を用いている。このＫＣｌ薄膜９は、ハイ−
カットフィルターとして用いているＣａＦ2 単結晶窓８
の表面に直接蒸着して作成される。ＫＣｌ薄膜の他に同
様の光吸収特性をもつＲｂＦ薄膜も本発明の光検出器に
利用可能である。
【００２８】本発明の狭帯域高感度光検出器によると、 (1)ＫＣｌ薄膜を第１ダイノードに蒸着した光電子増倍
管の光検出特性 (2)ＫＣｌ薄膜を蒸着したＣａＦ2 単結晶窓の光の透過
特性 (3) (1)と (2)を組み合わせて得られる光検出器の感度
特性 等の諸特性を狭帯域で高感度に光検出できる工業上大な
る効果がある。
管の光検出特性 (2)ＫＣｌ薄膜を蒸着したＣａＦ2 単結晶窓の光の透過
特性 (3) (1)と (2)を組み合わせて得られる光検出器の感度
特性 等の諸特性を狭帯域で高感度に光検出できる工業上大な
る効果がある。
【００２９】
【実施例】本発明の逆光電子分光用狭帯域高感度光検出
器を具体的実施例について説明する。光検出器の構造
は、図５の通りである。図５は図２の光検出器６の具体
的構成の一例を示すもので、４は図３に示す入射光、８
はＫＣｌ薄膜９を1000Åの膜厚に蒸着したＣａＦ2 単結
晶窓８を示し、７は光電子増倍管、11はＫＣｌ薄膜10を
1000Åの膜厚で蒸着した第１ダイノード11を示す。12は
光電子増倍管７の出力側に接続した増幅器、13はパルス
計数回路を示す。14は光電子、15は電極、16はコレクタ
ーを示す。
器を具体的実施例について説明する。光検出器の構造
は、図５の通りである。図５は図２の光検出器６の具体
的構成の一例を示すもので、４は図３に示す入射光、８
はＫＣｌ薄膜９を1000Åの膜厚に蒸着したＣａＦ2 単結
晶窓８を示し、７は光電子増倍管、11はＫＣｌ薄膜10を
1000Åの膜厚で蒸着した第１ダイノード11を示す。12は
光電子増倍管７の出力側に接続した増幅器、13はパルス
計数回路を示す。14は光電子、15は電極、16はコレクタ
ーを示す。
【００３０】ＣａＦ2 単結晶窓８の光の透過特性はロ−
パスフィルターの特性を示し、励起子吸収のはじまる10
ｅＶ近傍で図４（ｂ）に示すように吸収係数が急激に大
きくなり、このカットオフエネルギー（約10ｅＶ）以上
では、光が透過しなくなる。一方このカットオフエネル
ギー以下のエネルギーをもつ光に対してＣａＦ2 単結晶
窓８は透明であり、透過特性がほとんど平坦になってい
る。
パスフィルターの特性を示し、励起子吸収のはじまる10
ｅＶ近傍で図４（ｂ）に示すように吸収係数が急激に大
きくなり、このカットオフエネルギー（約10ｅＶ）以上
では、光が透過しなくなる。一方このカットオフエネル
ギー以下のエネルギーをもつ光に対してＣａＦ2 単結晶
窓８は透明であり、透過特性がほとんど平坦になってい
る。
【００３１】次にＫＣｌ薄膜10を1000Å蒸着した第１ダ
イノード11を有する光電子増倍管７の光検出特性につい
て説明する。第１ダイノード11はＣｕＢｅ−Ｏでできて
おり、この第１ダイノード11の光電子収量は約６ｅＶ付
近から有限な値を示し、光エネルギーの増大とともに急
激に増加する。この第１ダイノード11の表面にＫＣｌ薄
膜10を蒸着すると、この光電子収量特性が変化し、図６
に示すように９ｅＶ付近より光エネルギーに対してより
急激に増大するようになる。これは、ＫＣｌ薄膜10の光
電子収量特性を反映しているためである。ＫＣｌ薄膜10
はイオン結晶でそれ自身絶縁体である。したがって、光
電子を取り出すと帯電してしまい、あまり厚くＫＣｌ薄
膜を蒸着すると収量が減少してしまうことになる。一方
あまりに薄いとＫＣｌ薄膜10の収量に対する寄与が小さ
く、光電子収量は減ってしまう。したがって最適なＫＣ
ｌ薄膜10の膜厚を適当に選定する必要があるわけであ
る。
イノード11を有する光電子増倍管７の光検出特性につい
て説明する。第１ダイノード11はＣｕＢｅ−Ｏでできて
おり、この第１ダイノード11の光電子収量は約６ｅＶ付
近から有限な値を示し、光エネルギーの増大とともに急
激に増加する。この第１ダイノード11の表面にＫＣｌ薄
膜10を蒸着すると、この光電子収量特性が変化し、図６
に示すように９ｅＶ付近より光エネルギーに対してより
急激に増大するようになる。これは、ＫＣｌ薄膜10の光
電子収量特性を反映しているためである。ＫＣｌ薄膜10
はイオン結晶でそれ自身絶縁体である。したがって、光
電子を取り出すと帯電してしまい、あまり厚くＫＣｌ薄
膜を蒸着すると収量が減少してしまうことになる。一方
あまりに薄いとＫＣｌ薄膜10の収量に対する寄与が小さ
く、光電子収量は減ってしまう。したがって最適なＫＣ
ｌ薄膜10の膜厚を適当に選定する必要があるわけであ
る。
【００３２】ＫＣｌ薄膜の膜厚を増やして光電子収量を
測定すると、図６に示すように1000Å付近までほぼ単調
に収量が増大するのがわかった。それ以上の膜厚では飽
和の傾向を示す。光電子収量の膜厚依存性をさらに詳し
く観測すると、８ｅＶ付近の光電子収量が1000Å付近で
小さくなることがわかった。したがって、1000Å膜厚の
ＫＣｌ薄膜10を蒸着することで８ｅＶ付近の光電子収量
を減らし９ｅＶ以降で急激に増大する特性を実現するこ
とができる（図６参照）。ＫＣｌ薄膜10の膜厚が500 Å
以下でも９ｅＶ以降で急激に増大し、ＫＣｌ薄膜10の膜
厚が薄すぎてもよくない結果を示している。
測定すると、図６に示すように1000Å付近までほぼ単調
に収量が増大するのがわかった。それ以上の膜厚では飽
和の傾向を示す。光電子収量の膜厚依存性をさらに詳し
く観測すると、８ｅＶ付近の光電子収量が1000Å付近で
小さくなることがわかった。したがって、1000Å膜厚の
ＫＣｌ薄膜10を蒸着することで８ｅＶ付近の光電子収量
を減らし９ｅＶ以降で急激に増大する特性を実現するこ
とができる（図６参照）。ＫＣｌ薄膜10の膜厚が500 Å
以下でも９ｅＶ以降で急激に増大し、ＫＣｌ薄膜10の膜
厚が薄すぎてもよくない結果を示している。
【００３３】第１ダイノード11からの光電子14は複数段
の二次電子倍増用の電極15で106 程度に増幅されコレク
ター16に集められ、増幅器（プリアンプ）12で増幅した
のちパルス計数回路13でその強度を観測する。この光電
子増倍管７の特性は、光エネルギーに対してバイパスフ
ィルターになっている。したがって、そのカットオフエ
ネルギーは、ＫＣｌ薄膜の光電子収量の立ち上がりで決
まり図６に示すように約９ｅＶ付近に位置する。
の二次電子倍増用の電極15で106 程度に増幅されコレク
ター16に集められ、増幅器（プリアンプ）12で増幅した
のちパルス計数回路13でその強度を観測する。この光電
子増倍管７の特性は、光エネルギーに対してバイパスフ
ィルターになっている。したがって、そのカットオフエ
ネルギーは、ＫＣｌ薄膜の光電子収量の立ち上がりで決
まり図６に示すように約９ｅＶ付近に位置する。
【００３４】ＫＣｌ薄膜９を蒸着したＣａＦ2 単結晶窓
８とＫＣｌ薄膜10を蒸着した光電子増倍管７の第１ダイ
ノード11との組合せで（すなわち、ロ−パスフィルター
とハイパスフィルターの組み合わせで）バンドパスフィ
ルターが実現でき、両者のカットオフエネルギーの差が
バンド幅になる。実際の特性は理想的なステップ関数状
のフィルター特性を示さず、カットオフ付近でなだらか
に変化するので、得られるバンドパス特性は、両者の立
ち上がり特性を反映して非対称なピーク構造を示す。
８とＫＣｌ薄膜10を蒸着した光電子増倍管７の第１ダイ
ノード11との組合せで（すなわち、ロ−パスフィルター
とハイパスフィルターの組み合わせで）バンドパスフィ
ルターが実現でき、両者のカットオフエネルギーの差が
バンド幅になる。実際の特性は理想的なステップ関数状
のフィルター特性を示さず、カットオフ付近でなだらか
に変化するので、得られるバンドパス特性は、両者の立
ち上がり特性を反映して非対称なピーク構造を示す。
【００３５】ロ−パスフィルターのカットオフ特性はエ
キシトンの吸収を用いているため、良質なＣａＦ2 単結
晶窓では、シャープであるが、ハイパスフィルターのカ
ットオフはＫＣｌ薄膜のバンド間の遷移を反映した光電
子収量特性で構成されているため比較的なだらかになっ
てしまう。バンドパスの半値幅を小さくするためには、
ハイパスフィルターの特性を改善する必要がでてくる。
キシトンの吸収を用いているため、良質なＣａＦ2 単結
晶窓では、シャープであるが、ハイパスフィルターのカ
ットオフはＫＣｌ薄膜のバンド間の遷移を反映した光電
子収量特性で構成されているため比較的なだらかになっ
てしまう。バンドパスの半値幅を小さくするためには、
ハイパスフィルターの特性を改善する必要がでてくる。
【００３６】ＫＣｌ薄膜の透過特性は、図７に示すよう
に9.5 ｅＶ付近に鋭いエキシトンの吸収特性をもち、こ
の吸収位置はロ−パスフィルターのカットオフよりもわ
ずかに低エネルギーに位置し、ハイパスフィルターのカ
ットオフの位置にあたる。本発明では、前述の光電子増
倍管７の第１ダイノード11にＫＣｌ薄膜10を組み合わせ
ることでカットオフの改善されたハイパスフィルターが
実現される。
に9.5 ｅＶ付近に鋭いエキシトンの吸収特性をもち、こ
の吸収位置はロ−パスフィルターのカットオフよりもわ
ずかに低エネルギーに位置し、ハイパスフィルターのカ
ットオフの位置にあたる。本発明では、前述の光電子増
倍管７の第１ダイノード11にＫＣｌ薄膜10を組み合わせ
ることでカットオフの改善されたハイパスフィルターが
実現される。
【００３７】
【発明の効果】本発明の逆光電子分光用狭帯域高感度光
検出器は、ハイ−・カットフィルターとしてＣａＦ2 単
結晶窓が用いられ、ロ−・カットフィルターとして真空
紫外線のエネルギー領域以上の領域で感度をもつ光電子
増倍管を用いている。この基本構成に加えて、性能の向
上のために、光の通過領域のＣａＦ2 単結晶窓８にＫＣ
ｌ薄膜９を被着し、ＫＣｌ薄膜９に固有の吸収特性を用
いて、帯域フィルターの低エネルギー側の特性を改善し
ている。また、光電子増倍管７の第１ダイオード11の光
電面には感度を高めるためＫＣｌ薄膜10が蒸着されてい
る。本発明では、ここで用いられている、ＣａＦ2 単結
晶窓８及びＫＣｌ薄膜９及び第１ダイオード11のＫＣｌ
薄膜10の光吸収特性の温度依存性に着目し、帯域幅を狭
くし、かつ、感度を改善できるようにしたのが特徴であ
る。
検出器は、ハイ−・カットフィルターとしてＣａＦ2 単
結晶窓が用いられ、ロ−・カットフィルターとして真空
紫外線のエネルギー領域以上の領域で感度をもつ光電子
増倍管を用いている。この基本構成に加えて、性能の向
上のために、光の通過領域のＣａＦ2 単結晶窓８にＫＣ
ｌ薄膜９を被着し、ＫＣｌ薄膜９に固有の吸収特性を用
いて、帯域フィルターの低エネルギー側の特性を改善し
ている。また、光電子増倍管７の第１ダイオード11の光
電面には感度を高めるためＫＣｌ薄膜10が蒸着されてい
る。本発明では、ここで用いられている、ＣａＦ2 単結
晶窓８及びＫＣｌ薄膜９及び第１ダイオード11のＫＣｌ
薄膜10の光吸収特性の温度依存性に着目し、帯域幅を狭
くし、かつ、感度を改善できるようにしたのが特徴であ
る。
【００３８】本発明の逆光電子分光用狭帯域高感度光検
出器は、ハイ−・カットフィルターとしてＣａＦ2 他mm
結晶窓が用いられ、ロ−・カットフィルターとして真空
紫外線のエネルギー領域以上の領域で感度をもつ光電子
増倍管を用いている。この基本構成に加えて、性能向上
のために、光の通過領域のＣａＦ2 単結晶窓８にＫＣｌ
薄膜９を蒸着し、ＫＣｌ薄膜９の固有の吸収特性を用い
て、帯域フィルターの低エネルギー側の特性を改善して
いる。また、光電子増倍管７の第１ダイオード11の光電
面には感度を高めるためにＫＣｌ薄膜10が蒸着されてい
る。本発明では、従来光検出器で用いられたハイ−・カ
ットフィルターであるＳｒＦ2 単結晶窓をＣａＦ2 単結
晶窓にすることで、光電子倍増管10のより感度の高い領
域で動作する光検出器を構成し、さらにＣａＦ2 単結晶
窓のカットオフエネルギー近傍に鋭い吸収をもつＫＣｌ
薄膜を導入することで、ロ−・カットフィルターの特性
を改善している。これらの組み合せで得られる特性は、
従来のＳｒＦ2 単結晶窓を用いた光検出器よりも帯域幅
は小さくなり、感度は逆に向上した。従来の帯域フィル
ター型光検出器の単結晶窓をＫＣｌ薄膜を150 Å蒸着し
たＣａＦ2 窓にする簡単の変更だけで、感度、帯域幅が
同時に向上させることができるのが本発明の特徴であ
る。
出器は、ハイ−・カットフィルターとしてＣａＦ2 他mm
結晶窓が用いられ、ロ−・カットフィルターとして真空
紫外線のエネルギー領域以上の領域で感度をもつ光電子
増倍管を用いている。この基本構成に加えて、性能向上
のために、光の通過領域のＣａＦ2 単結晶窓８にＫＣｌ
薄膜９を蒸着し、ＫＣｌ薄膜９の固有の吸収特性を用い
て、帯域フィルターの低エネルギー側の特性を改善して
いる。また、光電子増倍管７の第１ダイオード11の光電
面には感度を高めるためにＫＣｌ薄膜10が蒸着されてい
る。本発明では、従来光検出器で用いられたハイ−・カ
ットフィルターであるＳｒＦ2 単結晶窓をＣａＦ2 単結
晶窓にすることで、光電子倍増管10のより感度の高い領
域で動作する光検出器を構成し、さらにＣａＦ2 単結晶
窓のカットオフエネルギー近傍に鋭い吸収をもつＫＣｌ
薄膜を導入することで、ロ−・カットフィルターの特性
を改善している。これらの組み合せで得られる特性は、
従来のＳｒＦ2 単結晶窓を用いた光検出器よりも帯域幅
は小さくなり、感度は逆に向上した。従来の帯域フィル
ター型光検出器の単結晶窓をＫＣｌ薄膜を150 Å蒸着し
たＣａＦ2 窓にする簡単の変更だけで、感度、帯域幅が
同時に向上させることができるのが本発明の特徴であ
る。
【図１】図１は従来の逆光電子分光用帯域フィルター型
光検出器の特性図である。
光検出器の特性図である。
【図２】図２は本発明の逆光電子分光用帯域幅可変光検
出器の原理を示す概略図である。
出器の原理を示す概略図である。
【図３】図３は本発明の光検出器の光電子増倍管を用い
た実施の一例を示す原理説明用構成配置図である。
た実施の一例を示す原理説明用構成配置図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明光検出器
の窓の検出感度及び透過率のエネルギー依存性を示す特
性図である。
の窓の検出感度及び透過率のエネルギー依存性を示す特
性図である。
【図５】図５は本発明の光検出器の具体的構成を示す原
理説明用図である。
理説明用図である。
【図６】図６は本発明光検出器の500 Å，1000Å，1500
Åの各膜厚のＫＣｌ薄膜の蒸着による光電子収量特性図
である。
Åの各膜厚のＫＣｌ薄膜の蒸着による光電子収量特性図
である。
【図７】図７は本発明光検出器のＣａＦ2 単結晶窓とＫ
Ｃｌを蒸着した光電子増倍管の第１ダイノードとを組み
合わせた非対称なピーク構造を示すバンドパスフィルタ
ー特性図である。
Ｃｌを蒸着した光電子増倍管の第１ダイノードとを組み
合わせた非対称なピーク構造を示すバンドパスフィルタ
ー特性図である。
１ 電子銃 ２ 電子線 ３ 試料 ４ 反射光 ５ 集光鏡 ６ 光検出器 ７ 光電子増倍管 ８ ＫＣｌ薄膜を被着したＣａＦ2 窓 ９，１０ ＫＣｌ薄膜 １１ 第１ダイノード １２ 増幅器 １３ パルス計数回路 １４ 光電子 １５ 電極 １６ コレクター
Claims (1)
- 【請求項１】 電子銃よりの電子線を試料に当て、試料
から放出された光を集光投射し、光検出を行う逆光電子
分光装置の光検出器において、前記光検出器の光電子増
倍管の前面にＫＣｌ薄膜を蒸着したＣａＦ2 単結晶窓を
設け、前記光電子増倍管の第１ダイノードの表面にＫＣ
ｌ薄膜を蒸着したものより成り、前記光電子増倍管の出
力側を増幅器を介してパルス計数回路に接続し、逆光電
子分光用帯域フィルターとしての窓の透過率、検出感度
等の光吸収諸特性を測定するよう構成したことを特徴と
する逆光電子分光用狭帯域高感度光検出器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6053822A JP2535772B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 逆光電子分光用狭帯域高感度光検出器 |
| US08/404,553 US5552595A (en) | 1994-03-24 | 1995-03-15 | Narrow band high sensitivity photodetector for inverse photoemission spectroscopy |
| DE69503681T DE69503681T2 (de) | 1994-03-24 | 1995-03-17 | Schmalbandiger hochempfindlicher Photodetektor zur inversen Photoemissionspektroskopie |
| EP95301780A EP0674338B1 (en) | 1994-03-24 | 1995-03-17 | Narrow band high sensitivity photo-detector for inverse photoemission spectroscopy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6053822A JP2535772B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 逆光電子分光用狭帯域高感度光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260718A JPH07260718A (ja) | 1995-10-13 |
| JP2535772B2 true JP2535772B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=12953493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6053822A Expired - Lifetime JP2535772B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 逆光電子分光用狭帯域高感度光検出器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5552595A (ja) |
| EP (1) | EP0674338B1 (ja) |
| JP (1) | JP2535772B2 (ja) |
| DE (1) | DE69503681T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2982262B2 (ja) | 1990-09-10 | 1999-11-22 | 株式会社島津製作所 | 逆光電子分光装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4724604B2 (ja) * | 2006-05-31 | 2011-07-13 | 株式会社堀場製作所 | 試料測定装置 |
| EP3150992B1 (en) * | 2014-05-29 | 2020-05-27 | Japan Science and Technology Agency | Inverse photoelectron spectroscopy device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3712700A (en) * | 1971-01-18 | 1973-01-23 | Rca Corp | Method of making an electron emitter device |
| US4639638A (en) * | 1985-01-28 | 1987-01-27 | Sangamo Weston, Inc. | Photomultiplier dynode coating materials and process |
| JP2982262B2 (ja) * | 1990-09-10 | 1999-11-22 | 株式会社島津製作所 | 逆光電子分光装置 |
| JP2636113B2 (ja) * | 1992-03-26 | 1997-07-30 | 広島大学長 | 帯域フィルター型逆光電子分光検出装置 |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP6053822A patent/JP2535772B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-03-15 US US08/404,553 patent/US5552595A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-17 DE DE69503681T patent/DE69503681T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-03-17 EP EP95301780A patent/EP0674338B1/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「逆電子分光」、分光研究、第３９巻第１号、ＰＰ２−１８、（１９９０） |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2982262B2 (ja) | 1990-09-10 | 1999-11-22 | 株式会社島津製作所 | 逆光電子分光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69503681T2 (de) | 1998-12-03 |
| EP0674338B1 (en) | 1998-07-29 |
| EP0674338A1 (en) | 1995-09-27 |
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