JP3152455B2 - Energy distribution measurement device for charged particles - Google Patents

Energy distribution measurement device for charged particles

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JP3152455B2
JP3152455B2 JP19453091A JP19453091A JP3152455B2 JP 3152455 B2 JP3152455 B2 JP 3152455B2 JP 19453091 A JP19453091 A JP 19453091A JP 19453091 A JP19453091 A JP 19453091A JP 3152455 B2 JP3152455 B2 JP 3152455B2
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photoelectrons
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  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光電子のような荷電粒子
のエネルギー分布測定装置(例えば電子分光装置)に係
り、例えば試料表面の分子や原子のエネルギー状態、あ
るいは試料表面の組成を分析するために使用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring the energy distribution of charged particles such as photoelectrons (for example, an electron spectrometer), for example, for analyzing the energy state of molecules and atoms on the surface of a sample or the composition of the surface of the sample. Used for

【0002】[0002]

【従来の技術】真空中の試料に電子線や光を照射して、
試料から放出される2次電子、オージェ電子、光電子等
のエネルギー分布を測定することにより、その試料表面
の原子・分子のエネルギーや組成を知ることができる。
この放出されたエネルギー分布を求める方法として阻止
電場型と偏向電場型がある。
2. Description of the Related Art A sample in a vacuum is irradiated with an electron beam or light.
By measuring the energy distribution of secondary electrons, Auger electrons, photoelectrons, and the like emitted from the sample, the energy and composition of atoms and molecules on the surface of the sample can be known.
There are a stopping electric field type and a deflection electric field type as a method for obtaining the distribution of the released energy.

【0003】図5(a)は、従来の阻止電場型の電子分
光装置を説明する図である。阻止電場型の装置では、電
子線等で試料を走査して、その電圧とこの試料を透過す
る透過電子や2次電子等で試料1を測定する。まず、電
子銃20から電子線を試料1に照射する。照射された試
料1からは2次電子が発生したり、透過電子として試料
を透過する電子が得られることとなる。阻止電場型で
は、映像信号として2次電子の他に反射電子、吸収電
子、オージェ電子、X線、透過電子等の、1次電子の照
射によって生ずるすべての信号を利用することができ
る。試料1から発生した2次電子や透過電子は電子検出
装置21a,21bに入り、電子信号に変換された後に
電子信号処理回路22で処理される。この出力をブラウ
ン管などで測定することで、試料の形状の観察だけでな
く、その状態や組成の分析をすることができる。この阻
止電場型の電子分光装置の分解能は電子線の直径に依存
する。
FIG. 5A is a view for explaining a conventional blocking electric field type electron spectrometer. In a blocking electric field type apparatus, a sample is scanned with an electron beam or the like, and the sample 1 is measured by the voltage and transmitted electrons or secondary electrons transmitted through the sample. First, the sample 1 is irradiated with an electron beam from the electron gun 20. Secondary electrons are generated from the irradiated sample 1, and electrons transmitted through the sample are obtained as transmitted electrons. In the blocking electric field type, all signals generated by irradiation of primary electrons such as reflected electrons, absorbed electrons, Auger electrons, X-rays, and transmitted electrons can be used as image signals in addition to secondary electrons. Secondary electrons and transmitted electrons generated from the sample 1 enter the electron detection devices 21a and 21b, are converted into electronic signals, and are processed by the electronic signal processing circuit 22. By measuring this output with a cathode ray tube or the like, it is possible to not only observe the shape of the sample but also analyze its state and composition. The resolving power of this stopping field type electron spectrometer depends on the diameter of the electron beam.

【0004】図5(b)は、偏向電場型の電子分光装置
を説明する図である。電子銃20から電子線を試料1に
照射する。試料1から発生した電子線は静的な偏向場が
印加された偏向電極24を通過する。偏向電極24を通
過した電子線は、図5(a)の阻止電場型の電子分光装
置と同様に電子検出装置に入り、電子信号に変換された
後に電子信号処理回路22で処理される。この出力をブ
ラウン管23などで測定することで、試料の形状の観察
だけでなく、その状態や組成の分析をすることができ
る。
FIG. 5B is a view for explaining a deflection electric field type electron spectrometer. The sample 1 is irradiated with an electron beam from the electron gun 20. The electron beam generated from the sample 1 passes through the deflection electrode 24 to which a static deflection field is applied. The electron beam that has passed through the deflecting electrode 24 enters the electron detector in the same manner as the stop-field-type electron spectrometer shown in FIG. 5A, and is converted into an electronic signal before being processed by the electronic signal processing circuit 22. By measuring this output with a cathode ray tube 23 or the like, it is possible to not only observe the shape of the sample but also analyze its state and composition.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、電子のエネルギーの分解能が数meVに
制限されていた。また、電子線の直径を細くすれば、分
解能を上げることができるが、一般的に、直径を細くす
ると電流が減少するので、分解能を向上させるのには限
界がある。
However, in the above conventional apparatus, the resolution of the energy of electrons is limited to several meV. The resolution can be increased by reducing the diameter of the electron beam. However, in general, the current decreases when the diameter is reduced, and there is a limit to improving the resolution.

【0006】そこで本発明は、試料からの放出荷電粒子
(例えば光電子)のエネルギーを、高い分解能をもって
測定できるエネルギー分布測定装置を提供することを目
的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an energy distribution measuring device capable of measuring the energy of discharged particles (eg, photoelectrons) from a sample with high resolution.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる荷電粒子
のエネルギー分布測定装置は、試料保持部に保持された
試料から出力面板までの空間を真空状態に保持し、前記
試料にパルス状のエネルギー線を照射し、この照射によ
り前記試料から放出された荷電粒子を、ドリフトさせた
後、その進行方向と直交する方向に偏向して出力面板ま
で導く荷電粒子のエネルギー分布測定装置において、前
記ドリフト及び加速を行うための電圧が印加され前記試
料からほぼ垂直方向に放出された前記荷電粒子のみを通
過させる開口を有するリミッテングアパーチャー電極
と、前記偏向を行うための掃引電圧が印加される偏向電
極と、前記リミッテングアパーチャー電極と前記偏向電
極との間に設けられ前記荷電粒子のビームを前記出力面
板に結像する集束手段とを備えることを特徴とする。
A charged particle energy distribution measuring apparatus according to the present invention holds a space from a sample held by a sample holding section to an output face plate in a vacuum state, and applies a pulse-like energy to the sample. Irradiating the charged particles emitted from the sample by this irradiation, after drifting, in the energy distribution measuring device of the charged particles deflecting in the direction perpendicular to the traveling direction and leading to the output face plate, the drift and A voltage for acceleration is applied, a limiter aperture electrode having an opening for passing only the charged particles emitted in a substantially vertical direction from the sample, and a deflection electrode to which a sweep voltage for performing the deflection is applied. A focusing means provided between the limiter aperture electrode and the deflection electrode for imaging the beam of charged particles on the output face plate. Characterized in that it comprises and.

【0008】[0008]

【作用】試料から放出された荷電粒子は、ドリフト及び
加速を行う空間を走行する過程で、放出時の初速度のう
ちの出力方向の速度差に基づいて行路差が生じる。この
ため、時間につれて電界を変化させるための掃引電圧が
与えられる偏向電極を通過する過程で、異なる角度に偏
向され、したがってドリフト空間において初速度に応じ
て生じた行路差が、そのまま出力面板に空間分解されて
現われる。また、リミッティングアパーチャー電極と集
束手段を設けることにより、試料からほぼ垂直方向に放
出された荷電粒子のみを、高い分解能で出力面板に入射
できる。
When the charged particles emitted from the sample travel through the space where drift and acceleration occur, a path difference is generated based on the speed difference in the output direction of the initial speed at the time of ejection. For this reason, in the process of passing through the deflecting electrode to which the sweep voltage for changing the electric field with time is applied, the beam is deflected to a different angle, and thus the path difference generated according to the initial velocity in the drift space is directly applied to the output face plate. Appears disassembled. Further, by providing the limiting aperture electrode and the focusing means, only charged particles emitted from the sample in a substantially vertical direction can be incident on the output face plate with high resolution.

【0009】[0009]

【実施例】まず、実施例の説明に先立ち、本発明に係る
荷電粒子のエネルギー分布測定装置の一例として、電子
分光装置の原理を説明する。図1はその斜視図であり、
図2は側面図である。図示の通り、試料1の前方側に
は、ドリフトを生じさせる電極2、電子レンズ系3、偏
向電極4および螢光面5が形成された出力面板50が順
次に配設されている。また、試料1には超短パルス光な
どのデルタ関数状の励起パルスが入射されるようになっ
ており、試料1と電極2の間にはドリフトおよび加速の
ための電圧V1 が印加されている。また、一対の偏向電
極4間には、電位差が単調に変化する掃引電圧VS が印
加されている。ここで、試料1から電極2までの長さL
の空間は、試料1から放出された荷電粒子(例えば光電
子)にドリフトを生じさせ、かつ加速させる空間を構成
している。また、試料1から加速方向に放出された光電
子のみが、後方の集束および偏向空間に到達するように
するため、電極2の中央部には開口が形成され、電極2
が余分な光電子をカットするリミティングアパーチャの
役割を果している。そして、これらは全て真空容器に収
容されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to description of embodiments, the principle of an electron spectrometer will be described as an example of a charged particle energy distribution measuring device according to the present invention. FIG. 1 is a perspective view thereof,
FIG. 2 is a side view. As shown in the figure, an output surface plate 50 on which a drift-producing electrode 2, an electron lens system 3, a deflecting electrode 4, and a fluorescent surface 5 are formed is sequentially arranged in front of the sample 1. Also, a delta function-like excitation pulse such as an ultrashort pulse light is incident on the sample 1, and a voltage V 1 for drift and acceleration is applied between the sample 1 and the electrode 2. I have. Further, between the pair of deflection electrodes 4, a sweep voltage V S whose potential difference changes monotonously is applied. Here, the length L from the sample 1 to the electrode 2
This space constitutes a space in which charged particles (for example, photoelectrons) emitted from the sample 1 drift and are accelerated. An opening is formed at the center of the electrode 2 so that only the photoelectrons emitted from the sample 1 in the acceleration direction reach the rearward focusing and deflection space.
Serves as a limiting aperture that cuts off excess photoelectrons. These are all housed in a vacuum container.

【0010】次に、本発明に係る電子分光装置の動作及
び原理を説明する。
Next, the operation and principle of the electron spectrometer according to the present invention will be described.

【0011】まず、真空容器内の試料1に対して、時間
幅が無視できるほどのパルス光をレーザーパルス光源
(図示せず。)より照射すると、試料1から光電子A〜
Eが、ほぼ同時に種々の方向に放出される。ここで、加
速方向と直交する初速度成分の大きい光電子D、Eはア
パーチャでもある電極2に衡突し、失なわれる。それ以
外の光電子A〜Cは、ドリフト空間を抜けて次の集束お
よび偏向空間に到達することになるが、この放出光電子
A〜Cの放出エネルギーは、照射された試料1の種類や
状態により各々に異なる。この放出エネルギーの差によ
り放出光電子の試料1からの走行速度および走行時間も
異なってくる。即ち、放出エネルギーが大きければ、走
行速度は速くなり、走行時間も短くなり、逆に、放出エ
ネルギーが小さければ、走行速度は遅くなり、走行時間
も長くなる。
First, when the sample 1 in the vacuum vessel is irradiated with a pulse light having a negligible time width from a laser pulse light source (not shown), the sample 1
E is released in different directions at approximately the same time. Here, the photoelectrons D and E having a large initial velocity component orthogonal to the acceleration direction strike the electrode 2 which is also an aperture, and are lost. The other photoelectrons A to C pass through the drift space and reach the next focusing and deflection space, and the emission energies of the emitted photoelectrons A to C vary depending on the type and state of the irradiated sample 1. Different. The traveling speed and traveling time of the emitted photoelectrons from the sample 1 also differ due to the difference in the emitted energy. In other words, if the released energy is large, the traveling speed is high and the traveling time is short. Conversely, if the released energy is small, the traveling speed is low and the traveling time is long.

【0012】図2の場合において、放出エネルギーが大
きい光電子Aと放出エネルギーがより小さい光電子B
と、さらに小さい光電子Cがあるとする。3つの放出光
電子A,B、Cは、試料1とリミッテングアパーチャー
を兼ねた電極2間に電圧が印加されているので、電極2
方向に移動していくことになるが、この過程で光電子A
の方が光電子Bに比べ、また光電子Bの方が光電子Cに
比べ放出エネルギーが大きいため、走行速度が速くな
り、光電子AはBに、BはCに先行することになる。ま
た、走行時間が経過するにつれ、光電子A、B、C間の
走行距離差が拡大して行く。つまり、A2 −B2 −C2
間の距離はA1 −B1 −C1 間の距離より長くなる。
In the case of FIG. 2, a photoelectron A having a large emission energy and a photoelectron B having a small emission energy
Suppose that there is a smaller photoelectron C. Since a voltage is applied between the sample 1 and the electrode 2 also serving as a limit aperture, the three emitted photoelectrons A, B, and C
In this process, the photoelectrons A
Since the emission energy of the photoelectron B is larger than that of the photoelectron B compared to the photoelectron B, the traveling speed becomes faster, and the photoelectron A precedes B and B precedes C. Further, as the traveling time elapses, the traveling distance difference between the photoelectrons A, B, and C increases. That is, A 2 −B 2 −C 2
The distance between them is longer than the distance between A 1 -B 1 -C 1 .

【0013】次に、試料1からほぼ垂直に放出された光
電子A〜Cは、電極2の閉口を通過し、時間とともに減
少する斜状電圧が印加された偏向電極4を通過すること
になる。この時、先行する放出光電子の通過時の方が後
続の放出光電子の通過時に比べて、偏向電極4により大
きな電圧がかかることになる。このため先行する放出光
電子は、偏向電極4により大きい電圧がかかっている時
点に偏向電極4を通過するので、後続の放出光電子より
も大きく掃引される。
Next, the photoelectrons A to C emitted almost vertically from the sample 1 pass through the closing of the electrode 2 and pass through the deflection electrode 4 to which the oblique voltage that decreases with time is applied. At this time, a larger voltage is applied to the deflection electrode 4 when the preceding emitted photoelectrons pass than when passing the subsequent emitted photoelectrons. For this reason, the preceding emitted photoelectrons pass through the deflection electrode 4 when a larger voltage is applied to the deflection electrode 4, and thus are swept larger than the subsequent emission photoelectrons.

【0014】そして、この場合は、放出エネルギーは放
出光電子Aの方が放出光電子Bよりも大きいので、放出
光電子A2 は放出光電子B2 に先行し、先に偏向電極4
を通過することとなる。時間とともに偏向電極4にかか
る電圧は減少するので、放出光電子A2 の通過時の方が
放出光電子B2 の通過時に比べて偏向電極4にかかる電
圧は高くなっている。このため、放出光電子A2 の方が
放出光電子B2 に比べ大きく掃引される。その結果、放
出光電子Aに対応する蛍光面5上の掃引像A3 は、放出
光電子Bに対応する蛍光面5上の掃引像B3 よりも上部
にある。
In this case, since the emission energy of the emitted photoelectrons A is greater than that of the emitted photoelectrons B, the emitted photoelectrons A 2 precede the emitted photoelectrons B 2 , and
Will be passed. Since the voltage applied to the deflecting electrode 4 decreases with time, the voltage applied to the deflecting electrode 4 is higher when the emitted photoelectrons A 2 pass than when the emitted photoelectrons B 2 pass. Thus, the emitted photoelectrons A 2 are swept more than the emitted photoelectrons B 2 . As a result, the swept image A 3 on the phosphor screen 5 corresponding to the emitted photoelectrons A is above the swept image B 3 on the phosphor screen 5 corresponding to the emitted photoelectrons B.

【0015】この動作原理の説明において、放出光電子
の放出エネルギー差により、試料1から電極間2におい
てどの程度の走行時間差がでるかを定量的に示す。試料
1と電極2間の距離をL、印加電圧をV1 、試料からほ
ぼ垂直にV0 [eV]で光電子が放出されたときの試料
1から電極2までの走行時間Tは、運動方程式で簡単に
求められ、次式に示される通りである。 T=(2mL/eE)1/2 {(1+V0 /V1 1/2 −(V0 /V1 1/2 } ここでE=V1 /L、m:電子の質量、e:電子の電荷
とする。
In the description of the principle of operation, the difference in emission energy of emitted photoelectrons quantitatively indicates how much a transit time difference is generated between the sample 1 and the electrode 2. The distance between the sample 1 and the electrode 2 is L, the applied voltage is V 1 , and the transit time T from the sample 1 to the electrode 2 when photoelectrons are emitted from the sample almost vertically at V 0 [eV] is represented by the equation of motion. It is easily determined and is shown in the following equation. T = (2 mL / eE) 1/2 {(1 + V 0 / V 1 ) 1/2 − (V 0 / V 1 ) 1/2 } where E = V 1 / L, m: mass of electrons, e: It is an electron charge.

【0016】上式で、例えば、L=0.1[m]、V1
=100Vの時、初速0eVの放出光電子と初速1eV
の放出光電子との走行時間差は、約30psとなる。一
方、偏向電極4により、どの程度の走行時間差が検出さ
れるかは、すでにストリーク管により実証されており、
1psないしそれを上回る時間分解能が得られることが
知られている。したがって、上記の例の1meVの差に
対応する約30psの時間分解能は、十分であることが
わかる。
In the above equation, for example, L = 0.1 [m], V 1
= 100V, emission photoelectrons of 0 eV initial velocity and 1 eV of initial velocity
The transit time difference from the emitted photoelectrons is about 30 ps. On the other hand, how much the transit time difference is detected by the deflection electrode 4 has already been verified by a streak tube,
It is known that a temporal resolution of 1 ps or more can be obtained. Therefore, it can be seen that the time resolution of about 30 ps corresponding to the difference of 1 meV in the above example is sufficient.

【0017】ところが、実際、試料1から放出される光
電子は、ほぼ垂直に放出されるとは限らず、いろいろな
角度分布を持つ。図3で示すと、角度θ1 内で試料1か
ら放出された光電子はリミッテングアパーチャーとして
の電極2の開口を通過し、偏向電極4で掃引されること
になるが、角度θ1 以上で放出された光電子までが蛍光
面5上にストリーク像として結像されると測定上の誤差
の原因となる。例えば、角度θ2 およびθ1 で放出され
た放出光電子Dと放出光電子Aの放出エネルギーが同一
である場合に、放出光電子Dは迂回して走行することに
なるので、少なくとも放出光電子Aよりは長い時間がか
かり、その分、偏向電極4での掃引度は低くなり、エネ
ルギーは少ないものと見なされてしまう。このため、角
度θ1 以上で放出された放出光電子は、リミッテングア
パーチャーとしての電極2で捕獲することにする。
However, actually, the photoelectrons emitted from the sample 1 are not always emitted almost vertically, but have various angular distributions. As shown in FIG. 3, the photoelectrons emitted from the sample 1 within the angle θ 1 pass through the opening of the electrode 2 as a limit aperture, and are swept by the deflection electrode 4, but emitted at the angle θ 1 or more. If even the photoelectrons are formed on the phosphor screen 5 as streak images, they cause measurement errors. For example, when the emitted photoelectrons D and the emitted photoelectrons A emitted at the angles θ 2 and θ 1 have the same emission energy, the emitted photoelectrons D travel in a detour, and are at least longer than the emitted photoelectrons A. It takes time, and accordingly, the degree of sweep at the deflection electrode 4 becomes low, and the energy is considered to be small. For this reason, the emitted photoelectrons emitted at an angle θ 1 or more are captured by the electrode 2 as a limit aperture.

【0018】ところで、リミティングアパーチャーとし
ての電極2の開口は、サイズが小さい程、試料1から垂
直方向に放出された光電子のみが選択的に通過され、上
記の光電子の迂回による測定誤差は少なくなる。しか
し、あまりに開口が小さいと、通過する光電子自体が減
ってしまうので、感度が低下する。逆に、開口が大きす
ぎると、ストリークカメラで時間空間分解したときの分
解能が低下する。そこで、試料1と電極2の間に電子レ
ンズ系(図示せず)を設けるようにしてもよい。具体的
には、光電子測定系を電子レンズと電子直射型のストリ
ークカメラで構成し、試料からの光電子を上記の電子レ
ンズで収束させて、ストリーク管の入口絞り (リミテ
ィングアパーチャーの開口に相当)に集めてもよい。そ
して、電子レンズによる収束の程度と、上記開口の大き
さを適宜に選択することで、測定条件に応じて感度と分
解能を設定できる。なお、リミッテングアパーチャー電
極2で捕獲されなかった放出光電子は、そのままでは蛍
光面5に広がるので、測定に誤差を与えることにならな
いようにするため、放出光電子は集束電極3で集められ
て蛍光面5に広がらないようにされている。
By the way, as the size of the opening of the electrode 2 as the limiting aperture is smaller, only the photoelectrons emitted in the vertical direction from the sample 1 are selectively passed, and the measurement error due to the detour of the photoelectrons is reduced. . However, if the aperture is too small, the number of photoelectrons passing therethrough will decrease, and the sensitivity will decrease. Conversely, if the aperture is too large, the resolution when decomposing in space and time with a streak camera will be reduced. Therefore, an electron lens system (not shown) may be provided between the sample 1 and the electrode 2. Specifically, the photoelectron measurement system is composed of an electron lens and an electron direct-type streak camera. Photoelectrons from the sample are converged by the above-described electron lens, and the entrance aperture of the streak tube (corresponding to the opening of the limiting aperture) May be collected. By appropriately selecting the degree of convergence by the electron lens and the size of the aperture, sensitivity and resolution can be set according to measurement conditions. The emitted photoelectrons that are not captured by the limiting aperture electrode 2 spread on the phosphor screen 5 as they are, so that the emitted photoelectrons are collected by the focusing electrode 3 and are collected by the focusing electrode 3 so as not to give an error to the measurement. 5 is not spread.

【0019】図4は、本発明に係る電子分光装置の一実
施例を示す断面図である。この電子分光装置は、真空容
器としてのガラス容器16(16A,16B)に構成さ
れた本体と、レーザパルス光源10と、符号11〜13
で示される斜状電圧発生のための装置からなる。このガ
ラス容器16の一端側(容器16A側)には、レーザー
入射窓9と、レーザー入射窓9からのレーザーパルス光
が照射するようにガラス容器16内の一端に試料1を固
定する押しバネ17とが備えられ、他端側(容器16B
側)には、ガラス容器16内の真空性を保つための排気
用の真空ポンプ18が連結され、かつ試料1から放出さ
れた放出光電子の掃引像がストリーク像として結像され
る蛍光面5と、この蛍光面が形成される出力面版50を
備えている。ガラス容器16の内部には、試料1からほ
ぼ垂直に出射した放出光電子のみを通過させるリミッテ
ングアパーチャー電極2と、この放出光電子を偏向する
ための偏向電極4と、このリミッテングアパーチャー電
極2を通過した光電子を集束するための集束電極3と、
リミティングアパーチャー電極2を通過した光電子を加
速する陽極6とが設けられている。また、試料1にはガ
ラス容器16の壁を貫くリード線を介して外部電源から
電位が与えられる。集束電極3には外部電源からリード
線を介して可変の電位が与えられ、蛍光面5上のスポッ
トサイズを最小にするように調整されている。試料と陽
極の間の電圧は、この場合、10KVが印加され陽極は
接地されている。陽極6の出力側にある偏向電極4の一
方は接地され、他方には斜状電圧がリード線を介して印
加されるようになっている。なお、試料1が交換できる
ように、ガラス容器16の試料1が固定されている端部
は脱着可能とされている。また、一層の高真空状態を保
つために、容器16Aと容器16Bの間にはリング19
a,19bを用いているが、リングの代わりに銅のリン
グを金属フランジで押し付ければ、より高真空状態を保
つことができる。また、このガラス容器16のリミッテ
ングアパーチャー電極2と試料1の間の距離Lは、エネ
ルギー差が走行時間差に反映されるぐらいに十分でなけ
ればならなく、この場合は100mmとする。また、こ
の間に印加される電圧を100Vにして、リミッテング
アパーチャー電極2の開口径は、100μmとする。
FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the electron spectroscopy apparatus according to the present invention. This electron spectroscopy apparatus includes a main body configured in a glass container 16 (16A, 16B) as a vacuum container, a laser pulse light source 10, and reference numerals 11 to 13.
And a device for generating an oblique voltage represented by On one end side of the glass container 16 (on the side of the container 16A), a laser incident window 9 and a pressing spring 17 for fixing the sample 1 to one end in the glass container 16 so that the laser pulse light from the laser incident window 9 is irradiated. And the other end (container 16B
Side), a vacuum pump 18 for evacuation for maintaining the vacuum inside the glass container 16 is connected, and the fluorescent screen 5 on which a swept image of emitted photoelectrons emitted from the sample 1 is formed as a streak image is formed. And an output surface plate 50 on which the phosphor screen is formed. Inside the glass container 16, a limiter aperture electrode 2 for passing only emitted photoelectrons emitted almost perpendicularly from the sample 1, a deflecting electrode 4 for deflecting the emitted photoelectrons, and passing through the limiter aperture electrode 2 A focusing electrode 3 for focusing the photoelectrons,
An anode 6 for accelerating photoelectrons that have passed through the limiting aperture electrode 2 is provided. Further, a potential is applied to the sample 1 from an external power supply via a lead wire penetrating the wall of the glass container 16. A variable potential is applied to the focusing electrode 3 from an external power supply via a lead wire, and the focusing electrode 3 is adjusted so as to minimize the spot size on the phosphor screen 5. In this case, the voltage between the sample and the anode is 10 KV, and the anode is grounded. One of the deflection electrodes 4 on the output side of the anode 6 is grounded, and an oblique voltage is applied to the other via a lead wire. Note that the end of the glass container 16 to which the sample 1 is fixed is detachable so that the sample 1 can be replaced. In order to maintain a higher vacuum state, a ring 19 is provided between the container 16A and the container 16B.
Although a and 19b are used, a higher vacuum state can be maintained by pressing a copper ring with a metal flange instead of the ring. The distance L between the limiter aperture electrode 2 of the glass container 16 and the sample 1 must be sufficient to reflect the energy difference in the travel time difference. In this case, the distance L is set to 100 mm. The voltage applied during this period is set to 100 V, and the opening diameter of the limit aperture electrode 2 is set to 100 μm.

【0020】また、斜状電圧発生装置は、上記レーザー
パルス光源10からのレーザーパルス光がハーフミラー
15を反射して入射するPINダイオード11と、遅延
回路12と、斜状電圧発生回路13からなる。この斜状
電圧発生装置によって生じた斜状電圧は、偏向電極4に
印加され、リミッテングアパーチャー電極2を通過して
集束および加速された光電子を掃引する。
The oblique voltage generator comprises a PIN diode 11 into which the laser pulse light from the laser pulse light source 10 is reflected and reflected by the half mirror 15, a delay circuit 12, and an oblique voltage generation circuit 13. . The oblique voltage generated by the oblique voltage generator is applied to the deflection electrode 4 and passes through the limit aperture electrode 2 to sweep the focused and accelerated photoelectrons.

【0021】次に、実施例の動作を説明する。Next, the operation of the embodiment will be described.

【0022】まず、レーザーパルス光源10から1ps
のパルス光が試料1に入射し、種々の放出エネルギーを
持つ光電子群が実質的に同時に放出されて、試料1とリ
ミッテングアパーチャー電極2の間にかかる100Vの
低電圧でゆっくり加速される。これらの放出光電子のう
ち、試料1からほぼ垂直に放出されたもののみがリミッ
テングアパーチャー電極2を通過することになる。さら
に、リミッテングアパーチャー電極2を通過した放出光
電子は集束電極3で集束され、偏向電極4の間に入る。
First, 1 ps from the laser pulse light source 10
Is incident on the sample 1 and photoelectrons having various emission energies are emitted substantially simultaneously, and are slowly accelerated by a low voltage of 100 V applied between the sample 1 and the limit aperture electrode 2. Of these emitted photoelectrons, only those emitted almost vertically from the sample 1 pass through the limit aperture electrode 2. Furthermore, the emitted photoelectrons that have passed through the limit aperture electrode 2 are focused by the focusing electrode 3 and enter between the deflection electrodes 4.

【0023】一方、超短パルスレーザー光の一部はハー
フミラー15で反射され、PINダイオード11に入射
し、電気パルスを発生させる。さらに、この電気パルス
は遅延回路12で適当量遅延されてから斜状電圧発生回
路13をトリガーして斜状電圧発生させる。この斜状電
圧は、ガラス容器16を貫くリード線を介していて偏向
電極4に印加される。この斜状電圧は、時間の経過とと
もに減少するので、偏向電極4に印加される電圧も減少
することになり、偏向電極4に時間的に遅く到達した放
出光電子ほど、図面上で下側に掃引され、蛍光面5上で
ストリーク像として結像される。なお、試料1からほぼ
垂直に放出されなかったものは、リミッテングアパーチ
ャー電極2に捕獲されるので、蛍光面5上にストリーク
像として結像されない。また、試料1から完全に垂直で
はなく、ほぼ垂直に放出された光電子についても、リミ
ッテングアパーチャー電極2に捕獲されることはない
が、集束電極3により集束されるので蛍光面5上に広が
らず測定上の誤差を取り除くことができる。
On the other hand, a part of the ultrashort pulse laser light is reflected by the half mirror 15 and is incident on the PIN diode 11 to generate an electric pulse. Further, the electric pulse is delayed by an appropriate amount by the delay circuit 12, and then the oblique voltage generating circuit 13 is triggered to generate an oblique voltage. This oblique voltage is applied to the deflection electrode 4 via a lead wire passing through the glass container 16. Since this oblique voltage decreases with the passage of time, the voltage applied to the deflecting electrode 4 also decreases, and the emitted photoelectrons that arrive at the deflecting electrode 4 later in time are swept downward in the drawing. Then, a streak image is formed on the phosphor screen 5. It should be noted that those that are not emitted almost vertically from the sample 1 are captured by the limiting aperture electrode 2 and are not formed as streak images on the phosphor screen 5. Also, photoelectrons emitted not vertically but almost vertically from the sample 1 are not captured by the limiting aperture electrode 2, but are not spread on the fluorescent screen 5 because they are focused by the focusing electrode 3. Measurement errors can be eliminated.

【0024】上記実施例において、分解能を高めるため
に、ガラス容器16の内壁にはその表面に生じる電荷に
よって放出光電子の速度が変動しないように、Al等の
金属8a,8bをガラス容器の内部壁に蒸着してウォー
ル電極を形成することもでき、図4の実施例の場合は、
ウォール電極8aの電位を試料と同一にしている。ま
た、放出エネルギーが違う電子に走行時間差がより顕著
に現れるように、試料1とリミッテングアパーチャー電
極2間の電圧V1 を負の電圧にしてもよい。さらに、M
CP7を蛍光面5の表面に配置すれば、偏向電極4によ
り掃引された放出光電子をより明るく蛍光面5にストリ
ーク像として結像させることができる。このような電子
分光装置の構成によれば、放出光電子の放出エネルギー
が0〜10eVの範囲で0.5meV以内のエネルギー
分解能が得られる。
In the above embodiment, in order to enhance the resolution, the inner walls of the glass container 16 are coated with metals 8a and 8b such as Al so that the speed of the emitted photoelectrons does not fluctuate due to the electric charge generated on the surface of the glass container. To form a wall electrode. In the case of the embodiment of FIG.
The potential of the wall electrode 8a is the same as that of the sample. In addition, as the travel time difference electron emission energy is different is more remarkable, it may be the voltages V 1 between the sample 1 and limiter proboscis aperture electrode 2 to a negative voltage. Further, M
By arranging the CP 7 on the surface of the phosphor screen 5, the emitted photoelectrons swept by the deflection electrode 4 can be more brightly focused on the phosphor screen 5 as a streak image. According to the configuration of such an electron spectroscopic device, an energy resolution of 0.5 meV or less can be obtained when the emission energy of the emitted photoelectrons is in the range of 0 to 10 eV.

【0025】なお、上記実施例で試料1から光電子を実
質的に同時に放射させる励起エネルギー線は、超短パル
スレーザー光となっているが、これに限られず、超短電
子ビームの照射でも可能である。また、X線、紫外線、
可視光線なども使用することもできる。また、偏向電極
4に偏向電圧を印加する方法としては、両方の偏向板に
たがいに逆位相の斜状電圧を印加するいわゆるプッシュ
プル掃引も可能である。さらに、試料1から放出される
ものがイオンの場合も、陰イオンであれば、上記実施例
と同様の方法で順極性の電圧を印加すればよく、陽イオ
ンであれば実施例と逆極性の電圧を印加すればよい。ま
た、MCP7、蛍光面5のかわりに電子ビーム衝撃型固
体撮像デバイスを出力面の内面に配置してもよい。
In the above-described embodiment, the excitation energy beam for emitting photoelectrons substantially simultaneously from the sample 1 is an ultrashort pulse laser beam. However, the present invention is not limited to this. Irradiation with an ultrashort electron beam is also possible. is there. Also, X-ray, ultraviolet,
Visible light and the like can also be used. Further, as a method of applying a deflection voltage to the deflection electrode 4, a so-called push-pull sweep in which oblique voltages having opposite phases are applied to both deflection plates is also possible. Further, also in the case where ions emitted from the sample 1 are ions, if anions are anions, a voltage having a forward polarity may be applied in the same manner as in the above-described embodiment. A voltage may be applied. Further, instead of the MCP 7 and the phosphor screen 5, an electron beam impact type solid-state imaging device may be arranged on the inner surface of the output surface.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り本発明では、
試料から放出された荷電粒子は、ドリフト空間を走行す
る過程で、放出時の初速度のうちの加速方向の速度差に
もとずいて走行時間差が生じる。このため、時間につれ
て電界が単調に変化する偏向電極を通過する過程で、異
なる角度に掃引され、したがってドリフト空間において
初速度に応じて生じた走行時間差が、そのまま出力面板
に空間分解されて現われる。また、アパーチャ手段と集
束手段を設けることにより、試料から一定方向に放出さ
れた荷電粒子のみを、高い分解能で出力面板に入射でき
る。本発明では、リミッテングアパーチャー電極を通過
するほぼ垂直に放出された光電子のみのエネルギー分布
を、偏向電極を利用したストリーク方式によって求めて
いる。このため、高分解能を得ることができる電子分光
装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
In the process of traveling in the drift space, the charged particles emitted from the sample generate a travel time difference based on the speed difference in the acceleration direction among the initial velocities at the time of ejection. For this reason, the electric field is swept to different angles in the process of passing through the deflecting electrode that changes monotonically with time, so that the transit time difference generated according to the initial velocity in the drift space appears as it is spatially resolved on the output face plate. Further, by providing the aperture means and the focusing means, only the charged particles emitted from the sample in a certain direction can be incident on the output face plate with high resolution. In the present invention, the energy distribution of only the photoelectrons emitted almost vertically passing through the limit aperture electrode is obtained by a streak method using a deflection electrode. Therefore, it is possible to provide an electron spectrometer capable of obtaining high resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る電子分光装置の動作および原理を
説明する斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating the operation and principle of an electron spectroscopy apparatus according to the present invention.

【図2】図1の側面図である。FIG. 2 is a side view of FIG.

【図3】図2の要部を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a main part of FIG. 2;

【図4】本発明に係る電子分光装置の一実施例を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the electron spectroscopy apparatus according to the present invention.

【図5】従来の構成を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料、 2…電極(リミティングアパーチャー電極)、 3…電子レンズ系、 4…偏向電極、 5…蛍光面。 1: Sample, 2: Electrode (Limiting aperture electrode), 3: Electron lens system, 4: Deflection electrode, 5: Phosphor screen.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−205763(JP,A) 実開 昭50−112188(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 49/44 - 49/48 H01J 37/244 H01J 37/252 H01J 37/05 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-20563 (JP, A) JP-A-50-112188 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 49 / 44-49/48 H01J 37/244 H01J 37/252 H01J 37/05

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料保持部に保持された試料から出力面
板までの空間を真空状態に保持し、前記試料にパルス状
のエネルギー線を照射し、この照射により前記試料から
放出された荷電粒子を、ドリフトさせた後、その進行方
向と直交する方向に偏向して出力面板まで導く荷電粒子
のエネルギー分布測定装置において、 前記ドリフト及び加速を行うための電圧が印加され前記
試料からほぼ垂直方向に放出された前記荷電粒子のみを
通過させる開口を有するリミッテングアパーチャー電極
と、前記偏向を行うための掃引電圧が印加される偏向電
極と、前記リミッテングアパーチャー電極と前記偏向電
極との間に設けられ前記荷電粒子のビームを前記出力面
板に結像する集束手段とを備えることを特徴とする荷電
粒子のエネルギー分布測定装置。
1. A space from a sample held by a sample holding unit to an output face plate is held in a vacuum state, and the sample is irradiated with pulsed energy rays, and charged particles released from the sample by the irradiation are irradiated with a pulsed energy beam. In a device for measuring the energy distribution of charged particles, which is deflected in the direction perpendicular to the traveling direction after drifting and is guided to the output face plate, a voltage for performing the drift and acceleration is applied and emitted from the sample in a substantially vertical direction. A limiting aperture electrode having an opening through which only the charged particles pass, a deflection electrode to which a sweep voltage for performing the deflection is applied, and the limiting electrode provided between the limiting aperture electrode and the deflection electrode. A focusing means for focusing a beam of charged particles on the output face plate.
【請求項2】 前記試料と前記リミッテングアパーチャ
ー電極との間に設けられ、前記試料からの荷電粒子を前
記リミッテングアパーチャー電極に収束する電子レンズ
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒
子のエネルギー分布測定装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising an electron lens provided between said sample and said limiter aperture electrode to focus charged particles from said sample on said limiter aperture electrode. For measuring the energy distribution of charged particles.
【請求項3】 前記パルス状のエネルギー線は一定時間
間隔で繰り返される超短パルス光であり、この繰り返し
周期に前記掃引電圧は同期しながら、超短パルス光の出
射から所定の時間遅延した時刻において単調に変化する
ように構成されていることを特徴とする請求項1記載の
荷電粒子のエネルギー分布測定装置。
3. The pulsed energy beam is an ultrashort pulse light repeated at a constant time interval, and the sweep voltage is synchronized with the repetition period while a predetermined time is delayed from the emission of the ultrashort pulse light. The charged particle energy distribution measuring device according to claim 1, wherein the device is configured to change monotonically.
【請求項4】 前記出力面板には螢光面が形成されてい
る請求項1記載の荷電粒子のエネルギー分布測定装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein a fluorescent surface is formed on the output face plate.
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