JP3160913B2 - Ｘ線分光素子 - Google Patents
Ｘ線分光素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は単色Ｘ線光束をとりだす
ためのＸ線分光素子に関する。
ためのＸ線分光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線分光素子は、入射Ｘ線をブラッグ反
射させ、単色化したＸ線光束をとりだすものである。こ
のＸ線分光素子には完全結晶（Si, Geなどの単結晶）が
用いられ、その形態としては、表面での１回の反射を利
用する単体の分光結晶や、結晶にコの字型の溝を形成し
溝の両側の壁面での２回の反射を利用するチャンネルカ
ット分光結晶などがある。また、高分解能化を図るため
２個の分光結晶を用いた分光装置をＸ線回折装置に付設
し、入射特性Ｘ線のフィルターとして用いる提案もなさ
れている。
射させ、単色化したＸ線光束をとりだすものである。こ
のＸ線分光素子には完全結晶（Si, Geなどの単結晶）が
用いられ、その形態としては、表面での１回の反射を利
用する単体の分光結晶や、結晶にコの字型の溝を形成し
溝の両側の壁面での２回の反射を利用するチャンネルカ
ット分光結晶などがある。また、高分解能化を図るため
２個の分光結晶を用いた分光装置をＸ線回折装置に付設
し、入射特性Ｘ線のフィルターとして用いる提案もなさ
れている。
【０００３】一方、近年、基板上に薄膜単結晶層を設け
たデバイスが激増している。このようなデバイスにおけ
る薄膜の構造解析、あるいはその場観察の技術として、
ＸＡＮＥＳの測定や全反射を用いた薄膜計測法による測
定は最適なものである。
たデバイスが激増している。このようなデバイスにおけ
る薄膜の構造解析、あるいはその場観察の技術として、
ＸＡＮＥＳの測定や全反射を用いた薄膜計測法による測
定は最適なものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には以下に述べるような問題点があった。２個の
分光結晶を用いた前記分光装置では、各分光結晶の方位
は手動調整で半固定となっているため方位合わせが困難
であり、また２個の分光結晶の両回転軸を同期させて回
転すると精度がでないなどの欠点があった。
来技術には以下に述べるような問題点があった。２個の
分光結晶を用いた前記分光装置では、各分光結晶の方位
は手動調整で半固定となっているため方位合わせが困難
であり、また２個の分光結晶の両回転軸を同期させて回
転すると精度がでないなどの欠点があった。
【０００５】一方、単体の分光結晶をＸＡＮＥＳの測定
や全反射を利用した薄膜計測法による測定に用いた場
合、必要な分解能を得ることができない。また、チャン
ネルカットを分光結晶をこれらの測定に用いた場合、必
要な高分解能を達成するためにはスリット用いなければ
ならないが、これはとりだされるＸ線光束の強度低下を
招く。
や全反射を利用した薄膜計測法による測定に用いた場
合、必要な分解能を得ることができない。また、チャン
ネルカットを分光結晶をこれらの測定に用いた場合、必
要な高分解能を達成するためにはスリット用いなければ
ならないが、これはとりだされるＸ線光束の強度低下を
招く。
【０００６】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたもので、Ｘ線光束の強度を低下させること
なく高分解能化が達成されかつ分光結晶の方位調整が容
易に行えるＸ線分光素子を提供することを目的とする。
みてなされたもので、Ｘ線光束の強度を低下させること
なく高分解能化が達成されかつ分光結晶の方位調整が容
易に行えるＸ線分光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、主体が半導体単結晶のチャンネル
カット分光結晶からなり、さらに該半導体単結晶内部に
入射されるＸ線フォトンを計測するための半導体検出器
を該分光結晶の射出面の背後に一体に備えていることを
特徴とするＸ線分光素子が提供される。
め、本発明によれば、主体が半導体単結晶のチャンネル
カット分光結晶からなり、さらに該半導体単結晶内部に
入射されるＸ線フォトンを計測するための半導体検出器
を該分光結晶の射出面の背後に一体に備えていることを
特徴とするＸ線分光素子が提供される。
【０００８】また、モノクロメータとして作用する結晶
層の厚さは消衰距離より大きいことが望ましい。
層の厚さは消衰距離より大きいことが望ましい。
【０００９】更に、前記半導体検出器は、該半導体単結
晶の一部よりなる真性半導体結晶層と、該結晶層をはさ
んで形成されるｎ型層及びｐ型層と、これらの上に設け
られる電極層と、該電極層より信号をとりだすための配
線とからなる１個又は複数個の半導体検出素子を空間的
に配列したものとすることができる。
晶の一部よりなる真性半導体結晶層と、該結晶層をはさ
んで形成されるｎ型層及びｐ型層と、これらの上に設け
られる電極層と、該電極層より信号をとりだすための配
線とからなる１個又は複数個の半導体検出素子を空間的
に配列したものとすることができる。
【００１０】
【作用】本発明では、一体に設けられた半導体検出器に
より当該分光素子が受光するＸ線光束強度のモニターが
行えることから、分光結晶の方位調整が非常に容易とな
る上、とりだされるＸ線光束の強度を低下させずに高分
解能化が実現される。
より当該分光素子が受光するＸ線光束強度のモニターが
行えることから、分光結晶の方位調整が非常に容易とな
る上、とりだされるＸ線光束の強度を低下させずに高分
解能化が実現される。
【００１１】
【実施例】以下本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。図１は本発明による一実施例のＸ線分光素子の構成
を示す斜視図、図２はこのＸ線分光素子に備えられた半
導体検出器の拡大斜視図である。
る。図１は本発明による一実施例のＸ線分光素子の構成
を示す斜視図、図２はこのＸ線分光素子に備えられた半
導体検出器の拡大斜視図である。
【００１２】本実施例のＸ線分光素子は、その主体が、
図１に示すように、例えばノンドープのSi, Geなどの完
全結晶をコの字型に加工し作製したチャンネルカット分
光結晶からなる。このチャンネルカット分光結晶を用い
た分光素子は、受光部と射出部が一体の結晶よりなるた
め受光面でブラッグ反射されたＸ線光束の全て（分散も
含めて）が射出面でもブラッグ反射を起こし低反射とな
る、入射光束と反射光束とが平行となる、等の利点を有
する。図中１は受光面結晶壁、２は射出面結晶壁、３は
受光面、４は射出面である。コの字型で分離された各結
晶壁１、２の内面である受光面３及び射出面４は本例で
は互いに平行となっているが、非対称反射を利用する場
合には非平行とすることができる。射出面結晶壁２の外
側面には半導体検出器５が一体に設けられている。この
半導体検出器５の構成を図２に基づいて説明すると、ま
ず、射出面結晶壁２の外側面に断面矩形で細幅の梁状部
６が図中鉛直方向に形成されている。この梁状部６は真
性半導体結晶からなり、例えばダイシングやエッチング
により厚さ５mm程度に形成される。この梁状部６の片面
には薄いｎ型層７が設けられ、他面には薄いｐ型層８が
設けられ、更にその上にはAuなどからなる電極層９、１
０が設けられ、これら電極層９、１０には信号とりだし
のための配線１１、１２が接続され、これらにより半導
体検出器が構成されている。なお、上記においてｐ型
層、ｎ型層の関係は逆転して構成してもよい。
図１に示すように、例えばノンドープのSi, Geなどの完
全結晶をコの字型に加工し作製したチャンネルカット分
光結晶からなる。このチャンネルカット分光結晶を用い
た分光素子は、受光部と射出部が一体の結晶よりなるた
め受光面でブラッグ反射されたＸ線光束の全て（分散も
含めて）が射出面でもブラッグ反射を起こし低反射とな
る、入射光束と反射光束とが平行となる、等の利点を有
する。図中１は受光面結晶壁、２は射出面結晶壁、３は
受光面、４は射出面である。コの字型で分離された各結
晶壁１、２の内面である受光面３及び射出面４は本例で
は互いに平行となっているが、非対称反射を利用する場
合には非平行とすることができる。射出面結晶壁２の外
側面には半導体検出器５が一体に設けられている。この
半導体検出器５の構成を図２に基づいて説明すると、ま
ず、射出面結晶壁２の外側面に断面矩形で細幅の梁状部
６が図中鉛直方向に形成されている。この梁状部６は真
性半導体結晶からなり、例えばダイシングやエッチング
により厚さ５mm程度に形成される。この梁状部６の片面
には薄いｎ型層７が設けられ、他面には薄いｐ型層８が
設けられ、更にその上にはAuなどからなる電極層９、１
０が設けられ、これら電極層９、１０には信号とりだし
のための配線１１、１２が接続され、これらにより半導
体検出器が構成されている。なお、上記においてｐ型
層、ｎ型層の関係は逆転して構成してもよい。
【００１３】動作について説明すると、受光面３に入射
したＸ線光束は、その波長をλ、利用する反射指数を例
えば（１１１）、ｄ（１１１）を（１１１）面の面間
隔、θをＸ線光束と（１１１）面のなす角としたとき、
２ｄ（１１１）ｓｉｎθ＝λなる関係式が満足される場
合、該受光面３より射出面４へブラッグ反射される。そ
してブラッグ反射され射出面４に入射したＸ線光束は、
そこで直進するものとさらにブラッグ反射されるものと
に分かれる。反射されたＸ線光束は射出面４からとりだ
され本実施例の分光素子出力となる。一方、射出面４か
ら射出面結晶壁２部に直進したＸ線光束は上記の如く構
成された半導体検出器５に入射する。このとき半導体検
出器５は接合の逆方向にバイアスされており、入射した
Ｘ線フォトンにより生成された電子、ホール対数のパル
スが電極９、１０間に検出されることになる。ここで射
出面４においてモノクロメータとして作用する結晶層の
厚さをＸ線の消衰距離（結晶層が回折を起こすＸ線波長
と反射の指数により決定され、一般に数ミクロンないし
数十ミクロンである。）より十分大きくとっておくこと
により、射出面４にて反射されるＸ線光束の強度は十分
大きく飽和値になり、半導体検出器５の設置による反射
効率への影響はなくなる。しかも、射出面４にて反射さ
れるＸ線光束の強度と半導体検出器５で検出されるＸ線
強度とは比例関係になる。その上、本実施例のＸ線分光
素子を用いれば、半導体検出器５の検出結果により、自
己が射出するＸ線光束が最大となる適正な分光結晶方位
を求め、自己で制御追従する分光装置も実現できる。従
って、同期精度の向上が期待できる。
したＸ線光束は、その波長をλ、利用する反射指数を例
えば（１１１）、ｄ（１１１）を（１１１）面の面間
隔、θをＸ線光束と（１１１）面のなす角としたとき、
２ｄ（１１１）ｓｉｎθ＝λなる関係式が満足される場
合、該受光面３より射出面４へブラッグ反射される。そ
してブラッグ反射され射出面４に入射したＸ線光束は、
そこで直進するものとさらにブラッグ反射されるものと
に分かれる。反射されたＸ線光束は射出面４からとりだ
され本実施例の分光素子出力となる。一方、射出面４か
ら射出面結晶壁２部に直進したＸ線光束は上記の如く構
成された半導体検出器５に入射する。このとき半導体検
出器５は接合の逆方向にバイアスされており、入射した
Ｘ線フォトンにより生成された電子、ホール対数のパル
スが電極９、１０間に検出されることになる。ここで射
出面４においてモノクロメータとして作用する結晶層の
厚さをＸ線の消衰距離（結晶層が回折を起こすＸ線波長
と反射の指数により決定され、一般に数ミクロンないし
数十ミクロンである。）より十分大きくとっておくこと
により、射出面４にて反射されるＸ線光束の強度は十分
大きく飽和値になり、半導体検出器５の設置による反射
効率への影響はなくなる。しかも、射出面４にて反射さ
れるＸ線光束の強度と半導体検出器５で検出されるＸ線
強度とは比例関係になる。その上、本実施例のＸ線分光
素子を用いれば、半導体検出器５の検出結果により、自
己が射出するＸ線光束が最大となる適正な分光結晶方位
を求め、自己で制御追従する分光装置も実現できる。従
って、同期精度の向上が期待できる。
【００１４】次に、本発明によるＸ線分光素子の別の実
施例（参考例）につき説明する。図３にこの実施例に係
るＸ線分光素子を斜視図にて示す。図３の実施例のＸ線
分光素子は、その主体が、例えばノンドープのＳｉ，Ｇ
ｅなどの単体の完全結晶からなる。モノクロメータとし
てＸ線光束をブラッグ反射する結晶層２１の厚さは上記
と同様に消衰距離以上に十分大きくとる。該結晶層２１
の背後には複数個の半導体検出素子からなる半導体検出
器が設けられる。これについて説明すると、まず、結晶
層２１の背後の真性半導体結晶層２２には図示の如く内
部にはｎ型層２３、外周部にはｐ型層２４が形成され
る。外周部のｐ型層２４の上には上下左右の２５ないし
２８のＡｕなどからなる電極層が形成され、一方、ｎ型
層２３の内側には共通電極層２９が形成され、電極層２
５ないし２８からは信号とりだしのための配線３０ない
し３３が接続され、共通電極層２９からは配線３４が接
続され、上下左右の各素子からなる半導体検出器が構成
されている。各半導体検出素子から得られるＸ線強度信
号を比較演算することにより、その演算結果は最適な分
光素子方位の制御に利用される。なお、上記においてｐ
型層、ｎ型層の関係は逆転して構成してもよい。また、
ｐ型層、ｎ型層の形成は、イオン打ち込みなどのプレナ
ー技術を用いることもでき、さらに半導体検出器は上記
のような形態以外の適宜の形態として構成することも可
能である。
施例（参考例）につき説明する。図３にこの実施例に係
るＸ線分光素子を斜視図にて示す。図３の実施例のＸ線
分光素子は、その主体が、例えばノンドープのＳｉ，Ｇ
ｅなどの単体の完全結晶からなる。モノクロメータとし
てＸ線光束をブラッグ反射する結晶層２１の厚さは上記
と同様に消衰距離以上に十分大きくとる。該結晶層２１
の背後には複数個の半導体検出素子からなる半導体検出
器が設けられる。これについて説明すると、まず、結晶
層２１の背後の真性半導体結晶層２２には図示の如く内
部にはｎ型層２３、外周部にはｐ型層２４が形成され
る。外周部のｐ型層２４の上には上下左右の２５ないし
２８のＡｕなどからなる電極層が形成され、一方、ｎ型
層２３の内側には共通電極層２９が形成され、電極層２
５ないし２８からは信号とりだしのための配線３０ない
し３３が接続され、共通電極層２９からは配線３４が接
続され、上下左右の各素子からなる半導体検出器が構成
されている。各半導体検出素子から得られるＸ線強度信
号を比較演算することにより、その演算結果は最適な分
光素子方位の制御に利用される。なお、上記においてｐ
型層、ｎ型層の関係は逆転して構成してもよい。また、
ｐ型層、ｎ型層の形成は、イオン打ち込みなどのプレナ
ー技術を用いることもでき、さらに半導体検出器は上記
のような形態以外の適宜の形態として構成することも可
能である。
【００１５】
【発明の効果】本発明のＸ線分光素子は、モノクロメー
タとして作用する半導体単結晶内部に入射されるＸ線フ
ォトンを計測するための半導体検出器を一体に備えてい
るため、以下のような顕著な効果を奏する。当該Ｘ線
分光素子を構成する分光結晶の最適な方位を分光結晶自
身が検出できるので、ＺＡＮＥＳ測定や全反射測定など
の空間的かつエネルギー的に高分解能を要求される構造
解析評価やその場観察に使用できる高精度な分光素子が
実現できる。また、従来は一般に分光結晶の方位調整を
Ｘ線を受光しながら行っていたため被爆が避けられず危
険であり、かつ根気のいる調整が必要であったが、本発
明のＸ線分光素子によれば、この調整を自動的に行うこ
とができる。従って、今日の薄膜、超薄膜デバイスでも
っとも必要とされる評価、制御のための技術の提供が可
能となる。分光結晶としてチャンネルカットタイプの
ものを用いたので、最初の分光面（入射面）でブラッグ
反射されたＸ線光束は次の分光面（射出面）を通過する
ため波長分散がほとんどなくなり、より一層の高分解能
化が達成される。またモノクロメータとして作用する
結晶層の厚さを消衰距離より十分大きくとることによ
り、反射されるＸ線強度を飽和値まで大きくすることが
でき、結晶内に半導体検出器を構成しても反射効率に影
響を与えない。また、当該Ｘ線分光素子によりとりださ
れるＸ線の強度が半導体検出器によるモニター強度と比
例するようになるため、該半導体検出器の出力をモニタ
ーすることにより、同期精度の向上が期待できる。複
数の半導体検出素子により半導体検出器を構成した場
合、これらの検出信号を比較演算することにより、より
正確な分光素子方位の決定が可能となる。
タとして作用する半導体単結晶内部に入射されるＸ線フ
ォトンを計測するための半導体検出器を一体に備えてい
るため、以下のような顕著な効果を奏する。当該Ｘ線
分光素子を構成する分光結晶の最適な方位を分光結晶自
身が検出できるので、ＺＡＮＥＳ測定や全反射測定など
の空間的かつエネルギー的に高分解能を要求される構造
解析評価やその場観察に使用できる高精度な分光素子が
実現できる。また、従来は一般に分光結晶の方位調整を
Ｘ線を受光しながら行っていたため被爆が避けられず危
険であり、かつ根気のいる調整が必要であったが、本発
明のＸ線分光素子によれば、この調整を自動的に行うこ
とができる。従って、今日の薄膜、超薄膜デバイスでも
っとも必要とされる評価、制御のための技術の提供が可
能となる。分光結晶としてチャンネルカットタイプの
ものを用いたので、最初の分光面（入射面）でブラッグ
反射されたＸ線光束は次の分光面（射出面）を通過する
ため波長分散がほとんどなくなり、より一層の高分解能
化が達成される。またモノクロメータとして作用する
結晶層の厚さを消衰距離より十分大きくとることによ
り、反射されるＸ線強度を飽和値まで大きくすることが
でき、結晶内に半導体検出器を構成しても反射効率に影
響を与えない。また、当該Ｘ線分光素子によりとりださ
れるＸ線の強度が半導体検出器によるモニター強度と比
例するようになるため、該半導体検出器の出力をモニタ
ーすることにより、同期精度の向上が期待できる。複
数の半導体検出素子により半導体検出器を構成した場
合、これらの検出信号を比較演算することにより、より
正確な分光素子方位の決定が可能となる。
【図１】本発明の一実施例のＸ線分光素子の構成を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１の実施例の半導体検出器の拡大斜視図であ
る。
る。
【図３】本発明の別の実施例（参考例）のＸ線分光素子
の構成を示す斜視図である。
の構成を示す斜視図である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21K 1/06 G01T 1/24
Claims (3)
- 【請求項１】 主体が半導体単結晶のチャンネルカット
分光結晶からなり、さらに該半導体単結晶内部に入射さ
れるＸ線フォトンを計測するための半導体検出器を該分
光結晶の射出面の背後に一体に備えていることを特徴と
するＸ線分光素子。 - 【請求項２】 モノクロメータとして作用する結晶層の
厚さが消衰距離より大きいことを特徴とする請求項１に
記載のＸ線分光素子。 - 【請求項３】 該半導体検出器は、該半導体単結晶の一
部よりなる真性半導体結晶層と、該結晶層をはさんで形
成されるｎ型層及びｐ型層と、これらの上に設けられる
電極層と、該電極層より信号をとりだすための配線とか
らなる１個又は複数個の半導体検出素子を空間的に配列
したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載
のＸ線分光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41111990A JP3160913B2 (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Ｘ線分光素子 |
| US07/808,627 US5199058A (en) | 1990-12-17 | 1991-12-17 | X-ray monochromator and spectral measurement apparatus using the x-ray monochromator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41111990A JP3160913B2 (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Ｘ線分光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04216499A JPH04216499A (ja) | 1992-08-06 |
| JP3160913B2 true JP3160913B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=18520167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41111990A Expired - Fee Related JP3160913B2 (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Ｘ線分光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160913B2 (ja) |
-
1990
- 1990-12-17 JP JP41111990A patent/JP3160913B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04216499A (ja) | 1992-08-06 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |