JP3084301B2 - 低エネルギー電子分光を用いた炭化水素膜の物性の評価方法 - Google Patents
低エネルギー電子分光を用いた炭化水素膜の物性の評価方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低エネルギー電子分光
法を用いて炭化水素膜の硬度、屈折率、CH2 及びCH
3 含有量等の物性値を評価する新規な方法に関する。
法を用いて炭化水素膜の硬度、屈折率、CH2 及びCH
3 含有量等の物性値を評価する新規な方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
イオンビーム法、CVD法等を用いて、人工的にダイヤ
モンドや窒化硼素を合成することが盛んに行われてい
る。ダイヤモンド合成に関していえば、このような技術
により、アモルファス状のダイヤモンドや、ダイヤモン
ドと黒鉛状炭素とからなる膜等の種々の形態の合成物が
得られるため、それらの合成技術を検討する上で、得ら
れた膜の硬度、屈折率、水素の含有率等の物性を個別に
調査する必要があった。従来、これらの膜硬度等の物性
値の評価は、微小硬度計、IRスペクトルメータ等を用
いて個別に行われていた。
イオンビーム法、CVD法等を用いて、人工的にダイヤ
モンドや窒化硼素を合成することが盛んに行われてい
る。ダイヤモンド合成に関していえば、このような技術
により、アモルファス状のダイヤモンドや、ダイヤモン
ドと黒鉛状炭素とからなる膜等の種々の形態の合成物が
得られるため、それらの合成技術を検討する上で、得ら
れた膜の硬度、屈折率、水素の含有率等の物性を個別に
調査する必要があった。従来、これらの膜硬度等の物性
値の評価は、微小硬度計、IRスペクトルメータ等を用
いて個別に行われていた。
【0003】しかしながら、比較的多数の試料について
種々の物性値を測定することは長時間と労力を要し、得
られたデータの整理も煩雑であった。このため、炭化水
素膜の物性を調査する合理的且つ系統的な方法が要求さ
れていた。
種々の物性値を測定することは長時間と労力を要し、得
られたデータの整理も煩雑であった。このため、炭化水
素膜の物性を調査する合理的且つ系統的な方法が要求さ
れていた。
【0004】そこで本発明の目的は、炭化水素膜の種々
の物性値をより簡単な操作で且つ系統的に評価できる新
規な方法を提供することにある。
の物性値をより簡単な操作で且つ系統的に評価できる新
規な方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、近年開発さ
れた低エネルギー電子分光装置を用いて種々の炭化水素
膜の光電子放出の励起エネルギーしきい値(eV)を測
定したところ、該しきい値(eV)と炭化水素膜のビッ
カース硬度、屈折率、CH2 及びCH3 含有量等の種々
の物性値との間に一定の相関関係があることを見出し、
かかる関係を用いて種々の膜の物理/化学的特性を簡単
に評価できる方法を発明するに至った。
れた低エネルギー電子分光装置を用いて種々の炭化水素
膜の光電子放出の励起エネルギーしきい値(eV)を測
定したところ、該しきい値(eV)と炭化水素膜のビッ
カース硬度、屈折率、CH2 及びCH3 含有量等の種々
の物性値との間に一定の相関関係があることを見出し、
かかる関係を用いて種々の膜の物理/化学的特性を簡単
に評価できる方法を発明するに至った。
【0006】 すなわち、本発明は、低エネルギー電子
分光法により種々の炭化水素膜の光電子放出を起こす励
起エネルギーしきい値を測定し、別途測定した該種々の
炭化水素膜の硬度、屈折率、CH2 及びCH3 基含有量
並びにC=C結合含有量から選ばれる少なくとも一種の
物性値と前記しきい値との相関関係を求め、次いで炭化
水素膜未知試料の光電子放出励起エネルギーのしきい値
を測定して、該しきい値と前記相関関係とを照合するこ
とにより、炭化水素膜未知試料の硬度、屈折率、CH2
及びCH3 基含有量並びにC=C結合含有量から選ばれ
る少なくとも一種の物性値を決定する炭化水素膜の物性
値の評価方法にある。
分光法により種々の炭化水素膜の光電子放出を起こす励
起エネルギーしきい値を測定し、別途測定した該種々の
炭化水素膜の硬度、屈折率、CH2 及びCH3 基含有量
並びにC=C結合含有量から選ばれる少なくとも一種の
物性値と前記しきい値との相関関係を求め、次いで炭化
水素膜未知試料の光電子放出励起エネルギーのしきい値
を測定して、該しきい値と前記相関関係とを照合するこ
とにより、炭化水素膜未知試料の硬度、屈折率、CH2
及びCH3 基含有量並びにC=C結合含有量から選ばれ
る少なくとも一種の物性値を決定する炭化水素膜の物性
値の評価方法にある。
【0007】本発明の方法に従えば、まず、それぞれ異
なる物性値を有する種々の炭化水素膜を用意する。かか
る炭化水素膜の一群の試料は、種々の励起エネルギーし
きい値とそれに対応する硬度、屈折率、CH2 及びCH
3 基含有量等の物性値との相関関係を決定するための標
準試料となる。このような種々の物性値を有する炭化水
素膜を調製するには、中山、上田ら発明の「高周波数プ
ラズマCVD法による炭素膜の形成方法」(特願平2−
14480号)を用いるのが好都合である。すなわち、
この方法によると、プラズマCVD装置中の基板電極に
印加するバイアス直流電圧を種々の値に変化させて膜を
形成することにより、種々のビッカース硬度、屈折率を
有する炭化水素膜を調製することができる。
なる物性値を有する種々の炭化水素膜を用意する。かか
る炭化水素膜の一群の試料は、種々の励起エネルギーし
きい値とそれに対応する硬度、屈折率、CH2 及びCH
3 基含有量等の物性値との相関関係を決定するための標
準試料となる。このような種々の物性値を有する炭化水
素膜を調製するには、中山、上田ら発明の「高周波数プ
ラズマCVD法による炭素膜の形成方法」(特願平2−
14480号)を用いるのが好都合である。すなわち、
この方法によると、プラズマCVD装置中の基板電極に
印加するバイアス直流電圧を種々の値に変化させて膜を
形成することにより、種々のビッカース硬度、屈折率を
有する炭化水素膜を調製することができる。
【0008】本発明によると、こうして用意した標準試
料である種々の炭化水素膜に関して、ビッカース硬度、
屈折率、CH2 及びCH3 基含有量(水素含有量)並び
にC=C結合含有量を測定しておく。本発明者らの実験
によると、これらの物性値は、低エネルギー分光法によ
り測定される光電子放出の励起エネルギーしきい値との
良好な相関関係を示すことが確認されている。ビッカー
ス硬度については、例えば、マイクロ硬度計(NEC社
製、モデルMHA−400)を用いて、屈折率は、楕円
偏光測定器等を使用して容易に観測することができる。
CH2 及びCH3 基含有量及びC=C結合含有量は、例
えば、FT−IRスペクトルを観測してそれらの基に帰
属する特異なピーク(例えば、CH2 /CH3 :290
0cm-1付近、C=C:1620cm-1付近)の面積強度を
求めることにより知ることができる。
料である種々の炭化水素膜に関して、ビッカース硬度、
屈折率、CH2 及びCH3 基含有量(水素含有量)並び
にC=C結合含有量を測定しておく。本発明者らの実験
によると、これらの物性値は、低エネルギー分光法によ
り測定される光電子放出の励起エネルギーしきい値との
良好な相関関係を示すことが確認されている。ビッカー
ス硬度については、例えば、マイクロ硬度計(NEC社
製、モデルMHA−400)を用いて、屈折率は、楕円
偏光測定器等を使用して容易に観測することができる。
CH2 及びCH3 基含有量及びC=C結合含有量は、例
えば、FT−IRスペクトルを観測してそれらの基に帰
属する特異なピーク(例えば、CH2 /CH3 :290
0cm-1付近、C=C:1620cm-1付近)の面積強度を
求めることにより知ることができる。
【0009】本発明に従えば、上記標準試料である種々
の炭化水素膜について低エネルギー分光法により励起エ
ネルギーしきい値を測定する。本発明に用いる低エネル
ギー電子分光法とは、光電子分光法の一種であり、常温
常圧の大気や任意のガス雰囲気中で、試料物質に紫外線
を照射して、そこから光電効果により放出される光電子
の放出率を測定することにより該物質の仕事関数、膜厚
等を測定する分光法である。この分光法は、高真空中で
のみ行われるXPS、UPS等の固体の表面分析法とは
異なり、大気雰囲気中でもサンプルを測定できるという
大きなメリットがある。また、光電子のエネルギーはX
PSの場合には数百eV、UPSの場合には数中eVで
あるに対して、本装置の場合には数eVであるので最外
核電子のみが観測対象となる。
の炭化水素膜について低エネルギー分光法により励起エ
ネルギーしきい値を測定する。本発明に用いる低エネル
ギー電子分光法とは、光電子分光法の一種であり、常温
常圧の大気や任意のガス雰囲気中で、試料物質に紫外線
を照射して、そこから光電効果により放出される光電子
の放出率を測定することにより該物質の仕事関数、膜厚
等を測定する分光法である。この分光法は、高真空中で
のみ行われるXPS、UPS等の固体の表面分析法とは
異なり、大気雰囲気中でもサンプルを測定できるという
大きなメリットがある。また、光電子のエネルギーはX
PSの場合には数百eV、UPSの場合には数中eVで
あるに対して、本装置の場合には数eVであるので最外
核電子のみが観測対象となる。
【0010】この分析方法に必要な分析装置の概要につ
いて図1により説明する。同図に示すように、本装置は
紫外線ランプ1、モノクロメータ2、低エネルギー電子
計数装置3、制御装置4、演算表示装置5及びX−Yス
テージ6より主に構成されている。上記紫外線ランプ1
から出た光をモノクロメータ2により任意の波長に分光
して、試料表面7に照射する。この光を励起エネルギー
の高い方から低い方に向かって走査すると所定のエネル
ギー(eV)で光電効果による電子放出が始まる。この
エネルギーが光電的仕事関数といわれる値である。こう
して放出された光電子を低エネルギー電子計測装置の検
出器3を用いて計数した後、バックグランド補正等の演
算処理をした後に図2に示すような光電子放出率(Coun
t Per Second:CPS) と励起エネルギーとの関係を求
めることができる。
いて図1により説明する。同図に示すように、本装置は
紫外線ランプ1、モノクロメータ2、低エネルギー電子
計数装置3、制御装置4、演算表示装置5及びX−Yス
テージ6より主に構成されている。上記紫外線ランプ1
から出た光をモノクロメータ2により任意の波長に分光
して、試料表面7に照射する。この光を励起エネルギー
の高い方から低い方に向かって走査すると所定のエネル
ギー(eV)で光電効果による電子放出が始まる。この
エネルギーが光電的仕事関数といわれる値である。こう
して放出された光電子を低エネルギー電子計測装置の検
出器3を用いて計数した後、バックグランド補正等の演
算処理をした後に図2に示すような光電子放出率(Coun
t Per Second:CPS) と励起エネルギーとの関係を求
めることができる。
【0011】本発明に従えば、上記の種々の炭化水素膜
について、低エネルギー分光法により測定された光電子
励起エネルギーのしきい値と、マイクロ硬度計等の慣用
の測定装置により測定されたビッカース硬度、屈折率及
びCH2 、CH3 基含有量(水素含有量)等の物性値と
の相関関係を求める。かかる関係はグラフにプロット等
して明確化するのが好都合である。例えば、図3に示す
ように、種々の炭化水素膜についての低エネルギー分光
法より得られたしきい値と屈折率との関係(3図
(a))及び該しきい値とビッカース硬度との関係(3
図(b))をグラフ化することができる。
について、低エネルギー分光法により測定された光電子
励起エネルギーのしきい値と、マイクロ硬度計等の慣用
の測定装置により測定されたビッカース硬度、屈折率及
びCH2 、CH3 基含有量(水素含有量)等の物性値と
の相関関係を求める。かかる関係はグラフにプロット等
して明確化するのが好都合である。例えば、図3に示す
ように、種々の炭化水素膜についての低エネルギー分光
法より得られたしきい値と屈折率との関係(3図
(a))及び該しきい値とビッカース硬度との関係(3
図(b))をグラフ化することができる。
【0012】次いで、本発明に従い、未知試料の炭化水
素膜に関して、前記標準試料と同一の条件にて光電子放
出の励起エネルギーのしきい値を観測する。そして、前
記標準試料について求めた相関関係から未知試料の光電
子放出のしきい値に対応する屈折率及びビッカース硬度
等の物性値を知ることができる。
素膜に関して、前記標準試料と同一の条件にて光電子放
出の励起エネルギーのしきい値を観測する。そして、前
記標準試料について求めた相関関係から未知試料の光電
子放出のしきい値に対応する屈折率及びビッカース硬度
等の物性値を知ることができる。
【0013】以下に、本発明を実施例により詳細に説明
するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【0014】
【実施例】 A)炭化水素膜標準試料の調製及びその物性値の測定 本願出願人の特願平2−14480号に記載された方法
を用いて、プラズマCVD装置中の基板に印加するバイ
アス電圧を変化させたこと以外は同一条件として、種々
の炭化水素膜標準試料を作成した。これらの試料につい
てマイクロ硬度計(NEC社製、モデルMHA−40
0)を用いてビッカース硬度を、楕円偏光測定器を用い
て屈折率を、それぞれ、測定した。更に、CH2 及びC
H3 基含有量(水素含有量)は、FT−IRスペクトル
(JEOL:JIR−100)を測定して2900cm-1
のピークの面積強度として求めた。また、C=C含有量
についてはIRスペクトルの1620cm-1近傍のピーク
の面積強度より求めた。
を用いて、プラズマCVD装置中の基板に印加するバイ
アス電圧を変化させたこと以外は同一条件として、種々
の炭化水素膜標準試料を作成した。これらの試料につい
てマイクロ硬度計(NEC社製、モデルMHA−40
0)を用いてビッカース硬度を、楕円偏光測定器を用い
て屈折率を、それぞれ、測定した。更に、CH2 及びC
H3 基含有量(水素含有量)は、FT−IRスペクトル
(JEOL:JIR−100)を測定して2900cm-1
のピークの面積強度として求めた。また、C=C含有量
についてはIRスペクトルの1620cm-1近傍のピーク
の面積強度より求めた。
【0015】これらの試料に関して、第1図に示すよう
な低エネルギー電子分光装置を用いて光電子放出励起エ
ネルギーのしきい値を測定した。光源に重水素ランプを
用いて、励起エネルギーをeVで換算して4〜6eVの
範囲で走査した。
な低エネルギー電子分光装置を用いて光電子放出励起エ
ネルギーのしきい値を測定した。光源に重水素ランプを
用いて、励起エネルギーをeVで換算して4〜6eVの
範囲で走査した。
【0016】B)ビッカース硬度及び屈折率としきい値
との関係 上記の炭化水素膜についての測定した屈折率と光電子放
出励起エネルギーのしきい値との関係を図3(a)に、
ビッカース硬度と光電子放出励起エネルギーのしきい値
との関係を図3(b)にそれぞれ示す。第3図より、そ
れらの物性値は光電子放出のしきい値と良好な相関関係
を示すことがわかる。
との関係 上記の炭化水素膜についての測定した屈折率と光電子放
出励起エネルギーのしきい値との関係を図3(a)に、
ビッカース硬度と光電子放出励起エネルギーのしきい値
との関係を図3(b)にそれぞれ示す。第3図より、そ
れらの物性値は光電子放出のしきい値と良好な相関関係
を示すことがわかる。
【0017】C)CH2 、CH3 基の含有量としきい値
との関係 図4に、上記のようにして求めたCH2 、CH3 基のピ
ーク(2900cm-1)の面積強度としきい値との関係を
示す。同図よりCH2 及びCH3 の存在量としきい値と
の間には相関関係があることがわかる。
との関係 図4に、上記のようにして求めたCH2 、CH3 基のピ
ーク(2900cm-1)の面積強度としきい値との関係を
示す。同図よりCH2 及びCH3 の存在量としきい値と
の間には相関関係があることがわかる。
【0018】D)C=C含有量としきい値との関係 さらに、FT−IRスペクトルに現れたC=C結合に特
有のピーク(1620cm-1付近)の面積強度としきい値
との関係についても図4に示した。これよりC=C結合
含有量としきい値との間にも相関関係があることが示唆
される。
有のピーク(1620cm-1付近)の面積強度としきい値
との関係についても図4に示した。これよりC=C結合
含有量としきい値との間にも相関関係があることが示唆
される。
【0019】E)未知試料の物性値の評価 次に、前記と同様な方法で、任意のバイアス電圧を用い
て調製した未知試料である炭化水素膜について低エネル
ギー分光法によりしきい値を測定したところ、5.11
eVであった。この値と、図3(a)及び(b)のグラ
フを照合して炭化水素膜のビッカース硬度は約2500kg/m
m2であり、屈折率は約2.25であることがわかる。ま
たこの未知試料は、標準試料に比較してCH2 及びCH
3 基含有量が4×103cm-2 であることがわかる。また
C=C基の含有量についても1×104cm-2 であると予
測できる。
て調製した未知試料である炭化水素膜について低エネル
ギー分光法によりしきい値を測定したところ、5.11
eVであった。この値と、図3(a)及び(b)のグラ
フを照合して炭化水素膜のビッカース硬度は約2500kg/m
m2であり、屈折率は約2.25であることがわかる。ま
たこの未知試料は、標準試料に比較してCH2 及びCH
3 基含有量が4×103cm-2 であることがわかる。また
C=C基の含有量についても1×104cm-2 であると予
測できる。
【0020】
【発明の効果】本発明の評価方法を用いると、CVD法
等の気相合成法を用いて製造した炭化水素膜について、
低エネルギー電子分光による光電子放出励起エネルギー
のしきい値を測定するだけで、硬度、屈折率、水素含有
量等の種々の物性値が容易に予測できるため、本発明は
ダイヤモンド合成等の分野において極めて有用である。
等の気相合成法を用いて製造した炭化水素膜について、
低エネルギー電子分光による光電子放出励起エネルギー
のしきい値を測定するだけで、硬度、屈折率、水素含有
量等の種々の物性値が容易に予測できるため、本発明は
ダイヤモンド合成等の分野において極めて有用である。
【図1】本発明に用いた低エネルギー分光装置の概略図
である。
である。
【図2】低エネルギー分光装置により得られた励起エネ
ルギーと光電子放出率との関係を示すグラフである。
ルギーと光電子放出率との関係を示すグラフである。
【図3】図3(a)は標準試料から得られた屈折率と光
電子放出励起エネルギーのしきい値との相関関係を示す
グラフであり、同(b)はビッカース硬度と光電子放出
励起エネルギーのしきい値との相関関係を示すグラフで
ある。
電子放出励起エネルギーのしきい値との相関関係を示す
グラフであり、同(b)はビッカース硬度と光電子放出
励起エネルギーのしきい値との相関関係を示すグラフで
ある。
【図4】FT−IRスペクトルから得られたCH2 及び
CH3 基並びにC=C結合に帰属するピークの面積強度
と光電子放出励起エネルギーのしきい値との関係を示す
グラフである。
CH3 基並びにC=C結合に帰属するピークの面積強度
と光電子放出励起エネルギーのしきい値との関係を示す
グラフである。
1 紫外線ランプ 2 モノクロメータ 3 低エネルギー電子計数装置 4 制御装置 5 演算表示装置 6 X−Yステージ 7 試料表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−215699(JP,A) 特開 平4−41672(JP,A) 特開 昭60−262042(JP,A) 特開 平1−138450(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/227 JICSTファイル(JOIS)
Claims (1)
- 【請求項1】 低エネルギー電子分光法により種々の炭
化水素膜の光電子放出を起こす励起エネルギーのしきい
値を測定し、別途測定した該種々の炭化水素膜の硬度、
屈折率、CH2 及びCH3 基含有量並びにC=C結合含
有量から選ばれる少なくとも一種の物性値と前記しきい
値との相関関係を求め、次いで炭化水素膜未知試料の光
電子放出励起エネルギーのしきい値を測定して、該しき
い値と前記相関関係とを照合することにより、炭化水素
膜未知試料の硬度、屈折率、CH2 及びCH3 基含有量
並びにC=C結合含有量から選ばれる少なくとも一種の
物性値を決定する炭化水素膜の物性値の評価方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03117884A JP3084301B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 低エネルギー電子分光を用いた炭化水素膜の物性の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03117884A JP3084301B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 低エネルギー電子分光を用いた炭化水素膜の物性の評価方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06186179A JPH06186179A (ja) | 1994-07-08 |
JP3084301B2 true JP3084301B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=14722620
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03117884A Expired - Fee Related JP3084301B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 低エネルギー電子分光を用いた炭化水素膜の物性の評価方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3084301B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0540405U (ja) * | 1991-10-30 | 1993-06-01 | 株式会社竹中工務店 | プレキヤストコンクリート製小梁の取付金具 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3881840B2 (ja) | 2000-11-14 | 2007-02-14 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 半導体装置 |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP03117884A patent/JP3084301B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0540405U (ja) * | 1991-10-30 | 1993-06-01 | 株式会社竹中工務店 | プレキヤストコンクリート製小梁の取付金具 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06186179A (ja) | 1994-07-08 |
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