JP3142612B2 - 固体の表面物性を探査する方法および走査クラスター顕微鏡 - Google Patents
固体の表面物性を探査する方法および走査クラスター顕微鏡Info
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- JP3142612B2 JP3142612B2 JP03259949A JP25994991A JP3142612B2 JP 3142612 B2 JP3142612 B2 JP 3142612B2 JP 03259949 A JP03259949 A JP 03259949A JP 25994991 A JP25994991 A JP 25994991A JP 3142612 B2 JP3142612 B2 JP 3142612B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新素材等の最表層の構
造、微量欠陥、局所的不整、表面状態密度、電子状態お
よび吸着・蒸着原子分子の状態など固体の表面物性の原
子的尺度での探査をする方法および装置に関する。
造、微量欠陥、局所的不整、表面状態密度、電子状態お
よび吸着・蒸着原子分子の状態など固体の表面物性の原
子的尺度での探査をする方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】バルク結晶等の探査で極めて効果のあつ
た陽電子消滅ガンマ線観測は時間的、空間的に平均した
試料内部あるいは表面の電子状態分布に関する重要な知
見を与えるが、消滅ガンマ線の発生箇所を原子的尺度で
決定する方法がなかったために、試料表面上の電子状態
を原子的尺度で観測することはできなかった。
た陽電子消滅ガンマ線観測は時間的、空間的に平均した
試料内部あるいは表面の電子状態分布に関する重要な知
見を与えるが、消滅ガンマ線の発生箇所を原子的尺度で
決定する方法がなかったために、試料表面上の電子状態
を原子的尺度で観測することはできなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来技術では物質の最表層の電子状態を原子的尺
度で、また時間的動特性が観測できない点である。
点は、従来技術では物質の最表層の電子状態を原子的尺
度で、また時間的動特性が観測できない点である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、高エネルギー
電子加速器と電子／陽電子コンバータおよび陽電子低速
化用モデレータを装着してパルス低速陽電子ビームを発
生せしめ、探査試料表面に探針を対向接触させ、ここに
前記低速陽電子ビームを集中照射してポジトロニューム
・クラスターＰｓｎ（ｎ≧２，整数）を発生せしめ、そ
の誘発消滅ガンマ線をエネルギー選別して検出すること
により、Ｐｓｎを従来の陽電子或いはポジトニュームＰ
ｓと区別して観測し、固体の表面物性を探査することを
特徴とする。
電子加速器と電子／陽電子コンバータおよび陽電子低速
化用モデレータを装着してパルス低速陽電子ビームを発
生せしめ、探査試料表面に探針を対向接触させ、ここに
前記低速陽電子ビームを集中照射してポジトロニューム
・クラスターＰｓｎ（ｎ≧２，整数）を発生せしめ、そ
の誘発消滅ガンマ線をエネルギー選別して検出すること
により、Ｐｓｎを従来の陽電子或いはポジトニュームＰ
ｓと区別して観測し、固体の表面物性を探査することを
特徴とする。
【０００５】
【実施例】図面は、本発明を実施するための走査クラス
ター顕微鏡の概要配置図であって、加速電子エネルギー
１５０ＭｅＶ （ＭｅＶ：メガ電子ボルト）の小型マイ
クロトロン１、４極マグネット系２、電子／陽電子コン
バータ３、低速陽電子発生モデレータ４、輝度増幅用加
速集束系５、偏向子６、走査探針７、探査試料８、消滅
ガンマ線検出器１０の各要素で構成されている。
ター顕微鏡の概要配置図であって、加速電子エネルギー
１５０ＭｅＶ （ＭｅＶ：メガ電子ボルト）の小型マイ
クロトロン１、４極マグネット系２、電子／陽電子コン
バータ３、低速陽電子発生モデレータ４、輝度増幅用加
速集束系５、偏向子６、走査探針７、探査試料８、消滅
ガンマ線検出器１０の各要素で構成されている。
【０００６】しかして、マイクロトロン１から引き出さ
れた電子は４極マグネット系２により集束してタンタル
板の電子／陽電子コンバータ３に投射され白色スペクト
ルの陽電子に転換する。
れた電子は４極マグネット系２により集束してタンタル
板の電子／陽電子コンバータ３に投射され白色スペクト
ルの陽電子に転換する。
【０００７】陽電子ビームは４極マグネット系２で適当
に集束され加熱タングステン板モデレータ４に照射され
る。モデレータ４からは低速陽電子が放出されるがこの
機構はタングステンからの吸着水素放出の機構と似てい
る。低速陽電子ビームは輝度増幅用の加速集束系５を経
て偏向子６により、走査探針７と対向した試料８の表面
に照射される。低速陽電子ビームの拡がりは探針７の太
さ程度で良い。
に集束され加熱タングステン板モデレータ４に照射され
る。モデレータ４からは低速陽電子が放出されるがこの
機構はタングステンからの吸着水素放出の機構と似てい
る。低速陽電子ビームは輝度増幅用の加速集束系５を経
て偏向子６により、走査探針７と対向した試料８の表面
に照射される。低速陽電子ビームの拡がりは探針７の太
さ程度で良い。
【０００８】照射された陽電子のうち相当部分は探針７
と試料８表面の微小な空間に表面陽電子の形で集まり電
子と結合してポジトロニューム・クラスターＰｓｎとな
る。ここで表面陽電子とは試料表面特に金属表面に鏡像
電場によって捕らえられた陽電子のことである。Ｐｓｎ
は直ちに誘発消滅して誘発ガンマ線９としてシンチレー
ション同時検出器１０で検出される。この場合、Ｐｓｎ
生成をしない残りの陽電子は通常の５１１ＫｅＶ（キロ
電子ボルト）の消滅ガンマ線となるが、誘発消滅ガンマ
線とはスペクトルによって容易に選別される。
と試料８表面の微小な空間に表面陽電子の形で集まり電
子と結合してポジトロニューム・クラスターＰｓｎとな
る。ここで表面陽電子とは試料表面特に金属表面に鏡像
電場によって捕らえられた陽電子のことである。Ｐｓｎ
は直ちに誘発消滅して誘発ガンマ線９としてシンチレー
ション同時検出器１０で検出される。この場合、Ｐｓｎ
生成をしない残りの陽電子は通常の５１１ＫｅＶ（キロ
電子ボルト）の消滅ガンマ線となるが、誘発消滅ガンマ
線とはスペクトルによって容易に選別される。
【０００９】本発明者がＰｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅ
ｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ（米国物理学会誌）に近く発表予定
の最近の発見によれば、Ｐｓn の誘発消滅ガンマ線は実
効上通常のガンマ線検出器によってエネルギーが５１１
ＫｅＶ（キロ電子ボルト）のｎ倍の一対のガンマ線とし
て観測されるからＰｓn の重合度は消滅ガンマ線のスペ
クトル分布から容易に決定できる。
ｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ（米国物理学会誌）に近く発表予定
の最近の発見によれば、Ｐｓn の誘発消滅ガンマ線は実
効上通常のガンマ線検出器によってエネルギーが５１１
ＫｅＶ（キロ電子ボルト）のｎ倍の一対のガンマ線とし
て観測されるからＰｓn の重合度は消滅ガンマ線のスペ
クトル分布から容易に決定できる。
【００１０】上記説明をさらに詳述すると、ポジトロニ
ューム・クラスターＰｓn が高密度の表面陽電子同士が
同数の表面電子と共に重合して生成される性質を利用
し、表面陽電子を試料表面の極く小さい空間に閉じこ
め、生成したＰｓn の重合度ｎを誘発消滅ガンマ線のエ
ネルギーで決定すると共に、その強度を観察する。ま
た、表面陽電子を局所的に集中させるには試料表面に微
小金属探針の先端を接触させ、その部分に低速陽電子ビ
ームを照射すればよい。
ューム・クラスターＰｓn が高密度の表面陽電子同士が
同数の表面電子と共に重合して生成される性質を利用
し、表面陽電子を試料表面の極く小さい空間に閉じこ
め、生成したＰｓn の重合度ｎを誘発消滅ガンマ線のエ
ネルギーで決定すると共に、その強度を観察する。ま
た、表面陽電子を局所的に集中させるには試料表面に微
小金属探針の先端を接触させ、その部分に低速陽電子ビ
ームを照射すればよい。
【０００１１】走査トンネル顕微鏡と同様に試料表面と
の触針度を制御しつつ陽電子ビーム・スポットと連動し
て探針を試料表面を走査させて生成Ｐｓｎの重合度と強
度を観測すれば原子的尺度で表面陽電子と結合する表面
電子の状態が測定できる。
の触針度を制御しつつ陽電子ビーム・スポットと連動し
て探針を試料表面を走査させて生成Ｐｓｎの重合度と強
度を観測すれば原子的尺度で表面陽電子と結合する表面
電子の状態が測定できる。
【０００１２】ポジトロニューム・クラスターＰｓｎの
生成は表面陽電子の密度に強く左右されるが表面陽電子
の平均寿命が約１０−９秒と短いため、陽電子ビームは
パルス化する必要がある。エネルギー１００ないし１５
０ＭｅＶ（メガ電子ボルト）の電子ビーム・パルスを線
型電子加速器またはマイクロトロン１で発生させ、これ
をタンタル板等の電子／陽電子コンバータ３に投射す
る。そして、発生陽電子ビームを適当な粒子光学的方法
で加熱タングステン板等のモデレータ４上に集束照射さ
せ、１０−９秒程度の時間にモデレータ表面から放出さ
れる１０３ないし１０５個パルス化低速陽電子を集束、
エネルギー調整の上、探針と対向している試料部分に照
射する。低速陽電子は最終的には探針７と試料８に挟ま
れた極微空間に表面陽電子の形で群がることになる。
生成は表面陽電子の密度に強く左右されるが表面陽電子
の平均寿命が約１０−９秒と短いため、陽電子ビームは
パルス化する必要がある。エネルギー１００ないし１５
０ＭｅＶ（メガ電子ボルト）の電子ビーム・パルスを線
型電子加速器またはマイクロトロン１で発生させ、これ
をタンタル板等の電子／陽電子コンバータ３に投射す
る。そして、発生陽電子ビームを適当な粒子光学的方法
で加熱タングステン板等のモデレータ４上に集束照射さ
せ、１０−９秒程度の時間にモデレータ表面から放出さ
れる１０３ないし１０５個パルス化低速陽電子を集束、
エネルギー調整の上、探針と対向している試料部分に照
射する。低速陽電子は最終的には探針７と試料８に挟ま
れた極微空間に表面陽電子の形で群がることになる。
【０００１３】ポジトロニューム・クラスターＰｓｎ生
成は表面陽電子と表面電子の密度のみならず探針と試料
表面の吸着・蒸着原子分子や微量欠陥など最表層の状態
に強く左右される。したがって、探針７と試料８の間の
微小電位を調整して、表面陽電子の密度を変えてＰｓｎ
生成率と重合度ｎのスペクトルを変えることができる。
また、照射低速陽電子ビームの強度とパルス幅を変えて
Ｐｓｎ生成率と重合度ｎの時間依存性を調べることが可
能となる。
成は表面陽電子と表面電子の密度のみならず探針と試料
表面の吸着・蒸着原子分子や微量欠陥など最表層の状態
に強く左右される。したがって、探針７と試料８の間の
微小電位を調整して、表面陽電子の密度を変えてＰｓｎ
生成率と重合度ｎのスペクトルを変えることができる。
また、照射低速陽電子ビームの強度とパルス幅を変えて
Ｐｓｎ生成率と重合度ｎの時間依存性を調べることが可
能となる。
【０００１４】ポジトロニューム・クラスターＰｓｎを
微小空間で生成させて選択的に検出することが可能なた
め、Ｐｓｎ生成点を探針の微小駆動により試料表面上で
原子的尺度で変えることは容易である。これによって従
来の陽電子消滅ガンマ線観測では得られなかった試料最
表層の電子の空間分布および時間的な動特性が調べら
れ、新材料開発上の有力な手段となる。
微小空間で生成させて選択的に検出することが可能なた
め、Ｐｓｎ生成点を探針の微小駆動により試料表面上で
原子的尺度で変えることは容易である。これによって従
来の陽電子消滅ガンマ線観測では得られなかった試料最
表層の電子の空間分布および時間的な動特性が調べら
れ、新材料開発上の有力な手段となる。
【０００１５】陽電子ビームは繰り返しパルス状に照射
されるので、パルス間の時間に探針を流れるトンネル電
流を測定することもできるから、本発明ではＰｓｎ観測
と共に走査トンネル顕微法等の他の走査プローブ顕微法
が併用でき、原子的尺度で試料について多角的知見が同
時に得られる。
されるので、パルス間の時間に探針を流れるトンネル電
流を測定することもできるから、本発明ではＰｓｎ観測
と共に走査トンネル顕微法等の他の走査プローブ顕微法
が併用でき、原子的尺度で試料について多角的知見が同
時に得られる。
【０００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば探
査試料表面に探針を対向接触させて、走査トンネル顕微
鏡と同様の手法で駆動し、接点領域に低速陽電子ビーム
を照射してポジトロニューム・クラスターＰｓｎを発生
せしめ、その誘発ガンマ線を検出してＰｓｎを選択的に
観測して他の陽電子消滅ガンマ線との強度比較をすれば
試料の最表層の特性を原子的尺度で測定することができ
る。
査試料表面に探針を対向接触させて、走査トンネル顕微
鏡と同様の手法で駆動し、接点領域に低速陽電子ビーム
を照射してポジトロニューム・クラスターＰｓｎを発生
せしめ、その誘発ガンマ線を検出してＰｓｎを選択的に
観測して他の陽電子消滅ガンマ線との強度比較をすれば
試料の最表層の特性を原子的尺度で測定することができ
る。
【０００１７】さらに、走査トンネル顕微法等の他の走
査プローブ顕微法では得られない新材料の最表層の電子
一陽電子プラズマに関する空間的および時間的動特性を
探査することができる。また、薄膜試料では低速陽電子
ビームを探針が対向している面の裏側に照射しても差し
支えない。低速陽電子が薄膜中を拡散して透過するから
である。
査プローブ顕微法では得られない新材料の最表層の電子
一陽電子プラズマに関する空間的および時間的動特性を
探査することができる。また、薄膜試料では低速陽電子
ビームを探針が対向している面の裏側に照射しても差し
支えない。低速陽電子が薄膜中を拡散して透過するから
である。
【図１】本発明を実施するための一例としての走査クラ
スター顕微鏡の概要配置図である。
スター顕微鏡の概要配置図である。
１ マイクロトロン ２ ４極マグネツト系 ３ 電子／陽電子コンバータ ４ 低速陽電子発生モデレータ ５ 輝度増幅用加速集束系 ６ 偏向子 ７ 走査探針 ８ 探査試料 ９ 消滅ガンマ線 １０ 消滅ガンマ線検出器
フロントページの続き (56)参考文献 谷川庄一郎，「陽電子ビーム利用技 術」，第18回白石記念講座，社団法人日 本鉄鋼協会，（1990），Ｐ37−Ｐ56 上殿明良，谷川庄一郎，「電子，陽電 子−固体相互作用（１）陽電子消滅法に よる材料表面の解析」，表面科学, （1990），Ｖｏｌ．11，Ｎｏ．10，Ｐ 598−Ｐ603 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 23/00 - 23/227 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】高エネルギー電子加速器に電子／陽電子コ
ンバータおよび陽電子低速化用モデレータを装着してパ
ルス低速陽電子ビームを発生せしめ、探査試料表面に探
針を対向接触させ、ここに前記低速陽電子ビームを集中
照射してポジトロニューム・クラスターＰｓｎ（ｎ≧
２，整数）を発生せしめ、その誘発消滅ガンマ線をエネ
ルギー選別して検出することにより、Ｐｓｎを従来の陽
電子或いはポジトロニュームＰｓと区別して観測し、固
体の表面物性を探査する方法。 - 【請求項２】高エネルギー電子加速器に電子／陽電子コ
ンバータおよび陽電子低速化用モデレータを装着してパ
ルス低速陽電子ビームを発生せしめ、探査試料表面に探
針を対向接触させ、ここに前記低速陽電子ビームを集中
照射してポジトロニューム・クラスターＰｓｎ（ｎ≧
２，整数）を発生せしめ、その誘発消滅ガンマ線をエネ
ルギー選別して検出することにより、Ｐｓｎを従来の陽
電子或いはポジトロニュームＰｓと区別して観測し、固
体の表面物性を探査する走査クラスター顕微鏡。 - 【請求項３】請求項１の探査方法において、ポジトロニ
ューム・クラスターＰｓｎ生成場所を原子的尺度で移動
させてポジトロニューム・クラスターＰｓｎの誘発消滅
ガンマ線を走査観測することにより、試料表面における
ポジトロニューム・クラスターＰｓｎ生成にあずかる試
料最表層の構造、極微欠陥、局所的不整、薄膜成長、表
面反応および電子状態、吸着・蒸着原子分子などを探査
する方法。 - 【請求項４】請求項３の探査方法において、走査トンネ
ル顕微鏡等の走査プローブ顕微鏡の機能を兼備させるこ
とによって、走査クラスター顕微鏡と走査トンネル顕微
鏡などの他の走査プローブ顕微鏡による同時探査を行う
ことを特徴とする試料最表層の探査方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03259949A JP3142612B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 固体の表面物性を探査する方法および走査クラスター顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03259949A JP3142612B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 固体の表面物性を探査する方法および走査クラスター顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510895A JPH0510895A (ja) | 1993-01-19 |
| JP3142612B2 true JP3142612B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=17341161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03259949A Expired - Fee Related JP3142612B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 固体の表面物性を探査する方法および走査クラスター顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3142612B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2968481B2 (ja) * | 1996-07-16 | 1999-10-25 | 科学技術振興事業団 | 物質表層の物性の探査方法及びその装置 |
| JP2004340652A (ja) | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Hitachi Ltd | 欠陥検査装置および陽電子線応用装置 |
| JP4797140B2 (ja) | 2007-01-18 | 2011-10-19 | 独立行政法人国立がん研究センター | 荷電粒子線照射装置 |
-
1991
- 1991-07-05 JP JP03259949A patent/JP3142612B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 上殿明良，谷川庄一郎，「電子，陽電子−固体相互作用（１）陽電子消滅法による材料表面の解析」，表面科学，（１９９０），Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．１０，Ｐ５９８−Ｐ６０３ |
| 谷川庄一郎，「陽電子ビーム利用技術」，第１８回白石記念講座，社団法人日本鉄鋼協会，（１９９０），Ｐ３７−Ｐ５６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0510895A (ja) | 1993-01-19 |
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