JP2580515B2 - 光電子分光方法 - Google Patents
光電子分光方法Info
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- JP2580515B2 JP2580515B2 JP4341731A JP34173192A JP2580515B2 JP 2580515 B2 JP2580515 B2 JP 2580515B2 JP 4341731 A JP4341731 A JP 4341731A JP 34173192 A JP34173192 A JP 34173192A JP 2580515 B2 JP2580515 B2 JP 2580515B2
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- photoelectron
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- photoelectrons
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面状態の高度な解析
を行うための光電子分光方法に関するものである。
を行うための光電子分光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光、Ｘ線、電子などの照射により、物質
から電子やＸ線が放出されるが、これらの電子やＸ線の
スペクトル解析などから、物質の状態に関する情報が得
られる。電子ビーム照射などにより発生するオージェ電
子分光方法や、蛍光Ｘ線方法および、紫外線あるいはＸ
線照射により発生される光電子を計測する紫外光電子分
光方法や、軟Ｘ線光電子分光方法などは、物質状態の研
究に必須の重要な解析手法となっている。中でも、光電
子分光方法は、表面近傍の化学結合状態の詳細な情報が
得られ、かつ、試料への損傷が比較的軽微であるという
特徴を有しており、極めて重要な解析手法である。
から電子やＸ線が放出されるが、これらの電子やＸ線の
スペクトル解析などから、物質の状態に関する情報が得
られる。電子ビーム照射などにより発生するオージェ電
子分光方法や、蛍光Ｘ線方法および、紫外線あるいはＸ
線照射により発生される光電子を計測する紫外光電子分
光方法や、軟Ｘ線光電子分光方法などは、物質状態の研
究に必須の重要な解析手法となっている。中でも、光電
子分光方法は、表面近傍の化学結合状態の詳細な情報が
得られ、かつ、試料への損傷が比較的軽微であるという
特徴を有しており、極めて重要な解析手法である。
【０００３】幾つかの光電子分光法の中に、試料をパル
ス放射線源により照射し、パルス状に放出された光電子
を所定距離飛行させて、光電子のエネルギースペクトル
を飛行時間分布に変換し、光電子流時間波形からエネル
ギースペクトルを得る飛行時間方法がある（参考文献
Baldwin and Freidman：Rev.,Sci,Instrum.38 519 (196
7)) 。その他の分光方法においては、１回の計測では、
ある特定のエネルギーの光電子のみを数え、検出する光
電子エネルギーを走査することで全エネルギースペクト
ルを得るという手法がとられるが、これと比較すると飛
行時間方法では、放出されるほとんどの光電子を捉えて
一度の計測で全エネルギースペクトルを得るため、検出
効率が高くなる。検出効率が高いことで、高速の計測が
行えるとともに、試料への損傷が小さくできるという利
点もある。適当な高輝度パルス照射源が得られるなら
ば、極めて有力な光電子分光方法である。
ス放射線源により照射し、パルス状に放出された光電子
を所定距離飛行させて、光電子のエネルギースペクトル
を飛行時間分布に変換し、光電子流時間波形からエネル
ギースペクトルを得る飛行時間方法がある（参考文献
Baldwin and Freidman：Rev.,Sci,Instrum.38 519 (196
7)) 。その他の分光方法においては、１回の計測では、
ある特定のエネルギーの光電子のみを数え、検出する光
電子エネルギーを走査することで全エネルギースペクト
ルを得るという手法がとられるが、これと比較すると飛
行時間方法では、放出されるほとんどの光電子を捉えて
一度の計測で全エネルギースペクトルを得るため、検出
効率が高くなる。検出効率が高いことで、高速の計測が
行えるとともに、試料への損傷が小さくできるという利
点もある。適当な高輝度パルス照射源が得られるなら
ば、極めて有力な光電子分光方法である。
【０００４】Bokar ら（参考文献 Bokar et al.：Phy
s.Rev. B32 3669 (1985))は、１０電子ボルト（ｅＶ）
の光子エネルギーをもつ５０ピコ秒（ｐｓ）の極短波長
紫外パルスを固体表面に照射し、約２４ｃｍの飛行路に
よる飛行時間方法で光電子分光した。６ｅＶの光電子が
放出されたが、その飛行時間は１５０ナノ秒（ｎｓ）で
あり、光電子パルスの時間分解能が１．５ｎｓであった
ので、０．１ｅＶのエネルギー分解能が得られた。ま
た、Munakataら（参考文献 Munakata et al.:Rev.Sci.
Instrum.62 2572 (1991)) も５ｎｓの１０ｅＶ光子エネ
ルギー極短波長紫外パルス照射による光電子分光を行
い、６ｅＶの光電子に対して０．２ｅＶの分解能を得
た。いずれも１ショット１０6 という少ない光子数の照
射で得られる信号を数回積算して、ある程度のＳＮ比の
光電子スペクトルが得られている。
s.Rev. B32 3669 (1985))は、１０電子ボルト（ｅＶ）
の光子エネルギーをもつ５０ピコ秒（ｐｓ）の極短波長
紫外パルスを固体表面に照射し、約２４ｃｍの飛行路に
よる飛行時間方法で光電子分光した。６ｅＶの光電子が
放出されたが、その飛行時間は１５０ナノ秒（ｎｓ）で
あり、光電子パルスの時間分解能が１．５ｎｓであった
ので、０．１ｅＶのエネルギー分解能が得られた。ま
た、Munakataら（参考文献 Munakata et al.:Rev.Sci.
Instrum.62 2572 (1991)) も５ｎｓの１０ｅＶ光子エネ
ルギー極短波長紫外パルス照射による光電子分光を行
い、６ｅＶの光電子に対して０．２ｅＶの分解能を得
た。いずれも１ショット１０6 という少ない光子数の照
射で得られる信号を数回積算して、ある程度のＳＮ比の
光電子スペクトルが得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、飛行時間分
光方法は、検出効率は高いが、エネルギー分解能は、試
料を照射する励起源のパルス幅で制限される。例えば、
励起源のパルス幅が１０ｎｓである時、飛行時間が１０
０ｎｓであれば、エネルギー分解能は２０％である。さ
らに高いエネルギー分解能を得るには、飛行時間を長く
する必要がある。一般的に光電子分光では、Ｘ線が照射
され、光電子エネルギーは数１０から数１００ｅＶであ
る。その時、光電子の飛行速度は毎秒１０9 センチメー
トル（ｃｍ）程度であり、１００ｎｓで、１メートル
（ｍ) 飛行する。エネルギー分解能を高くするために光
電子を数１００ｎｓ以上飛行させるとすると、数ｍある
いは１０ｍ以上の長さの飛行路が必要になるが、そのよ
うな長さの電子レンズを製作するのは、実用的ではな
い。
光方法は、検出効率は高いが、エネルギー分解能は、試
料を照射する励起源のパルス幅で制限される。例えば、
励起源のパルス幅が１０ｎｓである時、飛行時間が１０
０ｎｓであれば、エネルギー分解能は２０％である。さ
らに高いエネルギー分解能を得るには、飛行時間を長く
する必要がある。一般的に光電子分光では、Ｘ線が照射
され、光電子エネルギーは数１０から数１００ｅＶであ
る。その時、光電子の飛行速度は毎秒１０9 センチメー
トル（ｃｍ）程度であり、１００ｎｓで、１メートル
（ｍ) 飛行する。エネルギー分解能を高くするために光
電子を数１００ｎｓ以上飛行させるとすると、数ｍある
いは１０ｍ以上の長さの飛行路が必要になるが、そのよ
うな長さの電子レンズを製作するのは、実用的ではな
い。
【０００６】一方、実用的な長さの飛行路で十分なエネ
ルギー分解能を得るには、励起源のパルス幅が短くなけ
ればならないが、励起源の輝度が一定とするならば、パ
ルス幅が短い場合、照射されるＸ線の積分量が減少し、
従って放出される光電子の総数が減少する。計測される
光電子総数が少ないと、信号対雑音比（ＳＮ比）が低下
し、ある程度のＳＮ比を得るには信号の多数回の積算が
必要になり、計測時間が長くなる。例えば、１０ヘルツ
（Ｈｚ）の繰り返しの１０ｎｓのパルス幅の励起源で１
０回の積算、つまり１秒（ｓ）で得られるのと同数の光
電子を、１００分の１のパルス幅（０．１ｎｓ）の励起
源で得るには、１００倍の積算時間、つまり１００秒が
必要になる。
ルギー分解能を得るには、励起源のパルス幅が短くなけ
ればならないが、励起源の輝度が一定とするならば、パ
ルス幅が短い場合、照射されるＸ線の積分量が減少し、
従って放出される光電子の総数が減少する。計測される
光電子総数が少ないと、信号対雑音比（ＳＮ比）が低下
し、ある程度のＳＮ比を得るには信号の多数回の積算が
必要になり、計測時間が長くなる。例えば、１０ヘルツ
（Ｈｚ）の繰り返しの１０ｎｓのパルス幅の励起源で１
０回の積算、つまり１秒（ｓ）で得られるのと同数の光
電子を、１００分の１のパルス幅（０．１ｎｓ）の励起
源で得るには、１００倍の積算時間、つまり１００秒が
必要になる。
【０００７】このように、飛行時間分光方法において
は、多数の光電子を発生させるためには、長いパルス幅
の照射が必要になるが、一方、パルス幅が長いとエネル
ギー分解能が低下するという問題点があった。
は、多数の光電子を発生させるためには、長いパルス幅
の照射が必要になるが、一方、パルス幅が長いとエネル
ギー分解能が低下するという問題点があった。
【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、計測時間を短く保ちながら、かつ光電
子分光のエネルギー分解能を高くすることができる光電
子分光方法を得ることを目的とする。
なされたもので、計測時間を短く保ちながら、かつ光電
子分光のエネルギー分解能を高くすることができる光電
子分光方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる光電子分
光方法は、複数の短パルスを一定の時間間隔で多数連ね
てパルス列としたものを励起源パルスとして試料を照射
し、この照射された試料から放出される光電子を所定距
離飛行させ、その飛行時間を測定するものである。
光方法は、複数の短パルスを一定の時間間隔で多数連ね
てパルス列としたものを励起源パルスとして試料を照射
し、この照射された試料から放出される光電子を所定距
離飛行させ、その飛行時間を測定するものである。
【００１０】本発明の原理について説明する。試料を照
射する短パルスＸ線ないし短パルス紫外線を十分に短い
パルスとすることで光電子分光のエネルギー分解能を高
くし、その短パルスを一定の時間間隔で多数連ねパルス
列とすることで、発生される光電子スペクトルの総数を
多くできる。例えば、パルス幅０．１ｎｓのＸ線パルス
を１ｎｓの間隔で２０パルス連ねたパルス列Ｘ線を発生
させて試料を照射する。この時飛行時間法の分解能は個
々のパルスのパルス幅０．１ｎｓで決まるので、高いエ
ネルギー分解能が得られる。一方、パルス列の中にパル
スが２０あればパルス幅０．１ｎｓの単一パルスの２０
倍もの光電子が発生できる。
射する短パルスＸ線ないし短パルス紫外線を十分に短い
パルスとすることで光電子分光のエネルギー分解能を高
くし、その短パルスを一定の時間間隔で多数連ねパルス
列とすることで、発生される光電子スペクトルの総数を
多くできる。例えば、パルス幅０．１ｎｓのＸ線パルス
を１ｎｓの間隔で２０パルス連ねたパルス列Ｘ線を発生
させて試料を照射する。この時飛行時間法の分解能は個
々のパルスのパルス幅０．１ｎｓで決まるので、高いエ
ネルギー分解能が得られる。一方、パルス列の中にパル
スが２０あればパルス幅０．１ｎｓの単一パルスの２０
倍もの光電子が発生できる。
【００１１】パルス列照射で得られる光電子の電流波形
は、それぞれのパルスからの飛行時間分布が重畳される
ため若干複雑になるが、パルス列波形を考慮した波形解
析を行うことにより、光電子のエネルギースペクトルが
得られる。
は、それぞれのパルスからの飛行時間分布が重畳される
ため若干複雑になるが、パルス列波形を考慮した波形解
析を行うことにより、光電子のエネルギースペクトルが
得られる。
【００１２】なお、本発明において用いられるパルス列
は、パルスとパルスの間での照射強度が零であるような
純粋なパルス列である必要はなく、その時間波形は高速
の変調を受けていれば、例えば正弦波などでもよい。さ
らに、時間波形さえ精度よく知られていれば、一定の時
間間隔が連なるような規則性を持つ必要はない。
は、パルスとパルスの間での照射強度が零であるような
純粋なパルス列である必要はなく、その時間波形は高速
の変調を受けていれば、例えば正弦波などでもよい。さ
らに、時間波形さえ精度よく知られていれば、一定の時
間間隔が連なるような規則性を持つ必要はない。
【００１３】
【作用】この発明においては、高いエネルギー分解を実
現しながら、かつ、ＳＮ比の高い明るい光電子スペクト
ルが得られる。
現しながら、かつ、ＳＮ比の高い明るい光電子スペクト
ルが得られる。
【００１４】
【実施例】図１は本発明の実施例を示す概略構成図であ
る。以下に述べるパルス幅、パルス間隔、パルス数、飛
行路長のいずれも単なる一例であり、実際には、種々の
組合わせが可能である。
る。以下に述べるパルス幅、パルス間隔、パルス数、飛
行路長のいずれも単なる一例であり、実際には、種々の
組合わせが可能である。
【００１５】図１において、パルス間隔１ｎｓでパルス
幅が０．１ｎｓの２０個のパルスからなるパルス列Ｘ線
ｘで試料Ｔを照射して、パルス列状の光電子ｅのビーム
が放出される。光電子ｅの平均エネルギーを１００ｅＶ
とすると、 光電子ｅの平均速度は６×１０8 ｃｍ／ｓで
ある。長さ６０ｃｍの飛行路Ｌを飛行するのに、光電子
ｅは平均１００ｎｓの時間を要する。光電子ｅの速度は
エネルギーの平方根に比例するので、飛行路Ｌを飛行す
ることで光電子ｅのエネルギースペクトルが光電子流の
時間変化に変換される。
幅が０．１ｎｓの２０個のパルスからなるパルス列Ｘ線
ｘで試料Ｔを照射して、パルス列状の光電子ｅのビーム
が放出される。光電子ｅの平均エネルギーを１００ｅＶ
とすると、 光電子ｅの平均速度は６×１０8 ｃｍ／ｓで
ある。長さ６０ｃｍの飛行路Ｌを飛行するのに、光電子
ｅは平均１００ｎｓの時間を要する。光電子ｅの速度は
エネルギーの平方根に比例するので、飛行路Ｌを飛行す
ることで光電子ｅのエネルギースペクトルが光電子流の
時間変化に変換される。
【００１６】この光電子流を電子流計測器Ｓにより検出
する。電子流計測器Ｓは、０．１ｎｓ以上の高い時間分
解能を有する必要があると同時に、単一の光電子ｅをも
検出できる程度に高感度でなければならない。マルチチ
ャンネルプレートあるいはストリークカメラなどが電子
流計測器Ｓとして使用できる。
する。電子流計測器Ｓは、０．１ｎｓ以上の高い時間分
解能を有する必要があると同時に、単一の光電子ｅをも
検出できる程度に高感度でなければならない。マルチチ
ャンネルプレートあるいはストリークカメラなどが電子
流計測器Ｓとして使用できる。
【００１７】パルス列の１パルスの幅が０. １ｎｓ、つ
まり飛行時間の０．１％であるので、理想的な場合には
０．２％、つまり０．２ｅＶのエネルギー分解能が得ら
れる。
まり飛行時間の０．１％であるので、理想的な場合には
０．２％、つまり０．２ｅＶのエネルギー分解能が得ら
れる。
【００１８】パルス列の中に２０個のパルスがあるの
で、単一の０．１ｎｓパルスの場合の２０倍の光電子総
数が得られる。 単一のパルスの場合に得られる光電子流
波形が１ｎｓで２０回繰り返し重畳された光電子流波形
Ｐが計測器Ｓで観測される。
で、単一の０．１ｎｓパルスの場合の２０倍の光電子総
数が得られる。 単一のパルスの場合に得られる光電子流
波形が１ｎｓで２０回繰り返し重畳された光電子流波形
Ｐが計測器Ｓで観測される。
【００１９】パルス列の波形を考慮して光電子流波形Ｐ
を解析をすることで、 光電子スペクトルが得られる。
を解析をすることで、 光電子スペクトルが得られる。
【００２０】なお、本発明の試料Ｔとしては、固体から
気体までのあらゆる物質が使用可能である。また、使用
する紫外線あるいはＸ線の波長範囲は、光電子分光に用
いうる電磁波であれば何でもよい。
気体までのあらゆる物質が使用可能である。また、使用
する紫外線あるいはＸ線の波長範囲は、光電子分光に用
いうる電磁波であれば何でもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、試料に
照射するパルスは、複数の短パルスＸ線ないし短パルス
紫外線等からなるパルス列であることで、十分に多くの
光電子が得られ、同時に、１つ１つのパルス幅が十分に
狭いため、高いエネルギー分解能も得られる利点があ
る。
照射するパルスは、複数の短パルスＸ線ないし短パルス
紫外線等からなるパルス列であることで、十分に多くの
光電子が得られ、同時に、１つ１つのパルス幅が十分に
狭いため、高いエネルギー分解能も得られる利点があ
る。
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図である。
ｘ パルス列Ｘ線 ｅ 電子ビーム Ｔ 試料 Ｌ 飛行路 Ｓ 電子流計測器 Ｐ 光電子流波形
Claims (1)
- 【請求項１】 紫外線あるいはＸ線のパルス照射により
試料から放出される光電子の飛行時間を計測して高分解
能の光電子エネルギースペクトルを得る光電子分光方法
において、前記試料に照射する前記パルスは複数の短パ
ルスからなるパルス列であることを特徴とする光電子分
光方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4341731A JP2580515B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 光電子分光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4341731A JP2580515B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 光電子分光方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06167465A JPH06167465A (ja) | 1994-06-14 |
| JP2580515B2 true JP2580515B2 (ja) | 1997-02-12 |
Family
ID=18348340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4341731A Expired - Lifetime JP2580515B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 光電子分光方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2580515B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50112188U (ja) * | 1974-02-21 | 1975-09-12 | ||
| JP2757441B2 (ja) * | 1989-03-31 | 1998-05-25 | 株式会社島津製作所 | Ｘ線顕微鏡 |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP4341731A patent/JP2580515B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06167465A (ja) | 1994-06-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |