JP4087779B2 - 散乱イオン検出装置，ラザフォード後方散乱分析装置 - Google Patents

Description

本発明は，イオンビームの照射を受けた試料から後方散乱した散乱イオンが到達し得る位置に複数配設されたイオン検出器が出力するパルス電流信号に基づいて散乱イオンのイオン検出器への入射位置を検出する散乱イオン検出装置及びそれを具備するラザフォード後方散乱分析装置に関するものである。

従来，例えば特許文献１には，高中エネルギーのイオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを，前記イオンビームと平行な磁場を用いてビーム軸に収束させる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置が示されている。特許文献１に示されたラザフォード後方散乱分析装置Ｂの概略構成を図４に示す。
平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置Ｂは，図４に示すように，ヘリウムイオンビーム等のイオンビーム２を出力するイオン源１と，イオンの入射位置に対応する４つのパルス電流信号を出力するイオン検出器８と，イオンビーム２と平行な磁場を少なくとも試料４からイオン検出器８にかけて発生させる電磁石６（前記磁場発生手段の一例）と，試料４とイオン検出器８との間においてイオン検出器８に対する予め定められた位置に配置され，イオン検出器８側から試料４に入射するイオンビーム２を通過させるとともに，前記電磁石６の磁場によりイオンビーム２のビーム軸に収束した特定のエネルギー及び散乱角を有する散乱イオン５をイオン検出器８側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリット７とを具備している。
４００ｋＶ程度の高電圧が給電されたイオン源１から発せられたイオンビーム２は，加速管３を通過中に該加速管３に印加された電圧によって加速され，試料４に向かう。試料４表面において，弾性散乱された散乱イオン５は，ソレノイドコイル６１及びマグネットヨーク６２からなる電磁石６によって発生されたイオンビーム２のビーム軸に平行な磁場によって，軌道が曲げられ，螺旋運動を行いながら繰り返しビーム軸に接する（収束する）軌道を描く。
特定のエネルギーと散乱角とをもった散乱イオン５がビーム軸に収束する位置にイオンビーム２を中心に通すように，アイリス型のスリット７（アパーチャ）が配置されており，そのスリット７により特定のエネルギー及び散乱角を有する散乱イオン５のみを弁別し，再度発散していく散乱イオン５を２次元のイオン検出器８（散乱イオン検出器）により検出しエネルギースペクトルを得ていた。このようにして得られたエネルギースペクトルに基づいて試料４の成分元素の同定や深さ方向の組成分析を行うことができる。
前記イオン検出器８には，例えば２次元状に微細管が多数配列されたマイクロチャンネルプレートを用いることができる。図５にマイクロチャンネルプレート８ｂを用いた前記イオン検出器８を模式的に表した図を示す。
図５に示す如く，前記イオン検出器８は，その中心に，イオンビーム２を通過させるための小さな開口８１を備えたドーナツ型の形状を有する。前記イオン検出器８の入射面（表面）に２次元状に多数配列された微細管によって，前記スリット７を通過してきた散乱イオン５の位置を測定することが可能である。即ち，微細管に入射したイオンは微細管壁面に衝突して２次電子を放出し，その２次電子が微細管壁面との衝突を繰り返して個数を増やし（増幅され），それが微細管終端部に配置された半導体等の位置検出器８ｃの検出面８ａに到達することにより入射位置が検出される。
試料４表面から散乱された同じ散乱角，同じエネルギーの散乱イオン５は，一旦スリット７の位置で収束した後，再度発散して，検出器中心から（イオンビーム２の軸から）距離Ｒの位置に入射する。
特定のエネルギーの散乱イオン５が，スリット７の位置で収束するのは，特定の散乱角度の場合であるため，前記距離Ｒによりエネルギーを決定することができる。

図６は，１つのイオン検出器８が出力するパルス電流信号に基づいて散乱イオンのイオン検出器８の検出面８ａへの入射位置を検出する従来の散乱イオン検出装置Ａの概略構成を表すブロック図である。
イオン検出器８は，２次元の検出面８ａにイオンやマイクロチャンネルプレート８ｂで増幅された電子が入射した際に検出面８ａ上の４方向（Ｘ軸の負方向及び正方向，Ｙ軸の負方向及び正方向）それぞれにおけるイオンの入射位置に対応する４つの微小なパルス状の電流信号Ｘ１１，Ｘ１２，Ｙ１１，Ｙ１２を出力する。
一方，散乱イオン検出装置Ａは，イオン検出器８の各パルス電流信号の電圧信号への変換と増幅とを行うプリアンプ１１と，該プリアンプ１１が出力する４つの電圧信号を増幅する４つのリニアアンプ１２と，該４つのリニアアンプ１２の出力信号に基づいて散乱イオン５の検出面８ａへの入射位置を検出する位置検出回路１３（位置検出手段）と，該位置検出回路１３による検出位置を入力して散乱イオンの入射位置ごとのイオン数（個数）をカウントするマルチチャンネルアナライザ１４（以下，ＭＣＡ１４という）と，該ＭＣＡ１４の出力結果（入射位置ごとの散乱イオンの検出数）を記憶するとともに，その出力結果に基づいて散乱イオン５のエネルギースペクトルを測定，各種分析演算，画面表示を行うコンピュータ１５とを具備している。
前記プリアンプ１１は，ノイズの回り込みを極力抑えるためにイオン検出器８の出力端の近傍に設けられる。
前記リニアアンプ１２は，入力信号の増幅及び波形整形を行うものであり，この波形整形により，信号のパルス幅を後の信号処理にマッチした幅に変換する（通常０．５〜１０μ秒程度の幅へ変換）。

しかし，実用化されているイオン検出器８の検出面８ａの直径はたかだか数十ｍｍ程度であり，これより検出面８ａを大きくすることはＳ／Ｎ比の低下等の問題があり困難である。このため，より広範囲で散乱イオン５の入射位置を検出するためには，イオンビーム２の照射を受けた試料４から後方散乱した散乱イオン５が到達し得る位置にイオン検出器８を複数配設する必要がある。
図７は，複数のイオン検出器８の配置例を表し，図７（ａ）は，イオンビーム２のビーム軸Ｐ（ビーム中心）を中心とした円の円周上に複数のイオン検出器８を配設した例，図７（ｂ）は，イオンビーム２のビーム軸Ｐ（ビーム中心）に直行する直線上に複数のイオン検出器８を配設した例，図７（ｃ）は，前記ビーム軸Ｐに対する距離及び角度（前記ビーム軸Ｐを中心とする放射角度θ）がそれぞれ異なる位置（例えば，渦巻き線上）に複数のイオン検出器を配設した例を表す。
もちろんこれらは一例であり，イオン検出器８の配置方法は，これらを組み合わせたもの等，各種考えられる。また，図７（ａ），（ｂ）に示すように，イオン検出器８を必ずしも等間隔（等しい角度ピッチ或いは等距離）で配設しなければならないわけではない。

複数のイオン検出器８を配設した場合，この複数のイオン検出器８が出力する各々４つのパルス電流信号をプリアンプ１１で電圧信号へ変換及び増幅した電圧信号に基づいて散乱イオン５のイオン検出器８の検出面８ａへの入射位置を検出する散乱イオン検出装置Ａ１は，図６に示した前記散乱イオン検出装置Ａからすれば，図８に示すような構成となる。
図８に示すように，散乱イオン検出装置Ａ１は，イオン検出器８が１つの場合の前記散乱イオン検出装置Ａが備える各構成要素（４つのプリアンプ１１，４つのリニアアンプ１２，位置検出回路１３及びＭＣＡ１４）を，前記コンピュータ１５を除いて全てイオン検出器８ごとに設けたものである。
図８に示すものと同様の構成が，例えば，特許文献２に示されている。即ち，特許文献２には，複数の超伝導放射線検出器を用いる場合に，その各々に対して信号処理回路及びマルチチャンネルアナライザ（ＭＣＡ）を設け，さらに各ＭＣＡの出力を加算器で加算し，該加算器の出力に基づいてＸ線スペクトルを表示するＸ線分析装置が示されている。
特開平７−１９０９６３号公報 特開２００２−１６８８１３号公報

しかしながら，図８に示すように，イオン検出器８ごとにリニアアンプ１２，位置検出回路１３及びＭＣＡ１４を設けると，装置の複雑化，大型化及び高コスト化を招くという問題点があった。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，イオンビームの照射を受けた試料から後方散乱した散乱イオンが到達し得る位置に複数配設されたイオン検出器が出力するパルス電流信号に基づいて散乱イオンのイオン検出器への入射位置を検出する散乱イオン検出装置において，装置を簡易化，小型化及び低コスト化できる散乱イオン検出装置及びそれを具備するラザフォード後方散乱分析装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は，２次元の検出面にイオンが入射した際に前記検出面上の４方向それぞれにおける前記イオンの入射位置に対応する４つのパルス電流信号を出力するイオン検出器が，イオンビームの照射を受けた試料から後方散乱した散乱イオンが到達し得る位置に複数配設され，複数の前記イオン検出器が出力する各々４つのパルス電流信号をプリアンプで変換及び増幅した電圧信号に基づいて前記散乱イオンの前記検出面への入射位置を検出する散乱イオン検出装置において，複数の前記イオン検出器から出力され前記プリアンプで増幅した４つの信号を，対応する方向ごとに加算して出力する４つの加算器と，前記４つの加算器各々の出力信号を増幅する４つのアンプと，前記イオン検出器ごとに，前記プリアンプで変換及び増幅した４つの電圧信号の１又は複数が設定レベル以上であるか否かを検出する信号有無検出手段と，前記信号有無検出手段の出力を一定時間保持する保持回路と，前記保持回路により保持された前記信号有無検出手段の出力に基づき，前記信号有無検出手段により同時に複数の前記イオン検出器について前記設定レベル以上が検出された場合には位置検出を行わず，唯一の前記イオン検出器について前記設定レベル以上が検出された場合にのみ，該唯一の前記イオン検出器を特定し，該イオン検出器の配置位置に関する情報と前記４つのアンプの出力信号とに基づいて前記散乱イオンの前記検出面への入射位置を検出する位置検出手段とを具備してなることを特徴とする散乱イオン検出装置として構成されるものである。
これにより，前記イオン検出器の数に関わらず，前記アンプは前記イオン検出器の出力信号の方向の数（即ち，４つ）だけ，前記位置検出手段等は１つ設けるだけで済み，装置を簡易化，小型化及び低コスト化できる。しかも，前記散乱イオンが低頻度で検出される場合には，複数の前記散乱イオンが同時検出される確率は低いので，前記加算器を通じて前記位置検出手段に入力される４つの信号は，多くの場合，前記イオン検出器のいずれかに入射した１つの前記散乱イオンに対応する信号となり，前記位置検出回路を１つにすることの問題はほとんど生じない。
さらに，前記散乱イオンの検出頻度が高い場合でも，複数の前記散乱イオンが同時検出され，それらの信号が加算された信号によって誤った位置検出が行われることを防止できる。

また，前記位置検出手段が，予め記憶された前記イオン検出器各々の個体差に関するパラメータで，前記唯一のイオン検出器の個体差を補正した位置検出値を算出するものであることも考えられる。これにより，きめ細かな位置検出処理を行うことが可能となる。

また，本発明は，前記散乱イオン検出装置を備えたラザフォード後方散乱分析装置として捉えたものであってもよい。
即ち，複数のイオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記試料と前記イオン検出器との間の位置に配置され，前記イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した特定のエネルギーを有する前記散乱イオンを前記イオン検出器側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリットと，前記散乱イオン検出装置と，を具備してなることを特徴とするラザフォード後方散乱分析装置として構成されるものである。

本発明によれば，前記加算器により，複数の前記イオン検出器からの信号を対応する方向ごとに加算するので，前記イオン検出器の数に関わらず，前記アンプは前記イオン検出器の出力信号に対応する方向の数（即ち，４つ）だけ，前記位置検出手段等は１つ設けるだけで済み，装置を簡易化，小型化及び低コスト化できる。しかも，前記散乱イオンが低頻度で検出される場合には，複数の前記散乱イオンが同時検出される確率は低いので，前記加算器を通じて前記位置検出手段に入力される４つの信号は，多くの場合，前記イオン検出器のいずれかに入射した１つの前記散乱イオンに対応する信号となり，前記位置検出回路を１つにすることの問題はほとんど生じない。
さらに，前記イオン検出器ごとに，前記プリアンプで変換及び増幅した４つの電圧信号の１又は複数が設定レベル以上であるか否かを検出する信号有無検出手段と，前記信号有無検出手段の出力を一定時間保持する保持回路とを備えてなり，前記保持回路により保持された前記信号有無検出手段の出力に基づき，前記信号有無検出手段により同時に複数の前記イオン検出器について前記設定レベル以上が検出された場合には位置検出を行わず，唯一の前記イオン検出器について前記設定レベル以上が検出された場合にのみ，該唯一の前記イオン検出器を特定し，該イオン検出器の配置位置に関する情報と前記４つのアンプの出力信号とに基づいて前記散乱イオンの前記検出面への入射位置を検出するため，前記散乱イオンの検出頻度が高い場合でも，複数の前記散乱イオンが同時検出されることによる誤った位置検出を防止できる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の第１の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ１の概略構成を表すブロック図，図２は本発明の第２の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ２の概略構成を表すブロック図，図３は本発明の第３の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ３の概略構成を表すブロック図，図４は本発明の実施の形態に係る散乱イオン検出装置の適用対象の一例であるラザフォード後方散乱分析装置Ｂの概略構成例を表す図，図５はイオン検出器を模式的に表した図，図６は１つのイオン検出器の出力信号に基づく従来の散乱イオン検出装置Ａの概略構成を表すブロック図，図７は複数のイオン検出器の配置例を表す図，図８は複数のイオン検出器の出力信号に基づく従来の散乱イオン検出装置Ａ１の概略構成を表すブロック図である。
以下に説明する本発明の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ１〜Ｘ３は，前述した平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置Ｂにおいて，複数の前記イオン検出器８が，前記イオンビーム２の照射を受けた試料４から後方散乱した散乱イオン５が到達し得る位置（前記スリット７のイオンビーム２照射上流側）に複数配設された場合に，その信号処理装置として付加されるものである。

（第１の実施の形態）
まず，図１のブロック図を用いて，本発明の第１の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ１の構成について説明する。以下，図６に示した１つのイオン検出器８の出力信号に基づく従来の散乱イオン検出装置Ａの構成要素と同じ構成要素については，同じ番号で示す。
前述したように，前記イオン検出器８各々は，２次元の検出面８ａにイオンやマイクロチャンネルプレート８ｂで増幅された電子が入射した際に該検出面８ａ上の４方向（Ｘ軸の負方向及び正方向，Ｙ軸の負方向及び正方向）それぞれにおけるイオンの入射位置に対応する４つの微小なパルス状の電流信号Ｘｎ１，Ｘｎ２，Ｙｎ１，Ｙｎ２（ｎはイオン検出器８の番号を表す（ｎ＝１，２，３，…））を出力する。このようなイオン検出器８は一般的なものであるので詳細な説明は省略する。また，図１は，前記イオン検出器８が３つ設けられた場合の例を示すが，２個若しくは４個，或いは５個以上であっても同様である。
本散乱イオン検出装置Ｘ１は，複数の前記イオン検出器８の出力信号を前記プリアンプ１１で変換及び増幅した電圧信号に基づいて前記散乱イオンの前記検出面８ａへの入射位置を検出し，その検出位置に基づいて散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するものである。
図１に示すように，散乱イオン検出装置Ｘ１は，前記イオン検出器８各々の出力信号ごとに設けられ，前記イオン検出器８が出力する４つのパルス電流信号各々の電圧信号への変換及び増幅を行うプリアンプ１１と，複数の前記イオン検出器８から出力され前記プリアンプ１１で変換及び増幅した４つの電圧信号を，対応する方向ごとに加算して出力する４つの加算器２１と，該４つの加算器２１各々の出力信号を増幅する４つの前記リニアアンプ１２と，該４つのリニアアンプ１２の出力信号（アナログ信号）に基づいて加算，減算，乗算等の処理を行うアナログ回路又はアナログ信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号について加算，減算，乗算等の演算処理を行うデジタル処理回路により前記散乱イオンの前記検出面４ａへの入射位置を検出する前記位置検出回路１３（前記位置検出手段の一例）と，該位置検出回路１３による検出位置を入力して散乱イオンの入射位置ごとのイオン数（個数）をカウントする前記マルチチャンネルアナライザ１４（ＭＣＡ１４）と，該ＭＣＡ１４の出力結果（入射位置ごとの散乱イオンの検出数）を記憶するとともに，その出力結果に基づいて前記散乱イオンのエネルギースペクトルを測定，各種分析演算，画面表示を行う前記コンピュータ１５とを具備している。
前記リニアアンプ１２は，入力信号の増幅及び波形整形を行うものである。以下，他の実施の形態についても同様である。

前記散乱イオン５は，ランダムに発生するため，前記イオン検出器８では，ランダムな間隔で前記散乱イオン５が検出される。従って，前記散乱イオン５の発生頻度が低い，即ち，前記イオン検出器８での前記散乱イオンの検出頻度が低い場合は，複数の前記散乱イオン５が同時に前記イオン検出器８で検出される確率は非常に低いものとなる。
これに対し，前記散乱イオン検出装置Ｘ１では，前記加算器２１により，複数の前記イオン検出器８からの信号を対応する方向ごとに加算するので，前記イオン検出器８の数に関わらず，前記リニアアンプ１２は前記パルス電流信号の方向の数（即ち，４つ），前記位置検出回路１３及び前記ＭＣＡ１４各々は１つ設けるだけで済む。しかも，前記加算器２１を通じて前記位置検出回路１３に入力される４つの信号は，多くの場合，前記イオン検出器８のいずれかに入射した１つの前記散乱イオンに対応する信号となるので，前記位置検出回路１３を１つにすることの問題はほとんど生じない。
また，前記加算器２１は，前記位置検出回路１３や前記ＭＣＡ１４に比べれば，はるかに簡易で小型，かつ安価な部品であるので，装置の複雑化，大型化及び高コスト化は抑えられる。

４つの前記加算器２１各々によって加算される信号は例えば次の通りである。 図７（ａ）に示すように，前記イオンビーム２のビーム軸Ｐを中心とした１つの円周上に複数のイオン検出器８を配設する場合，ビーム軸Ｐに向かう方向が前記検出面８ａのＹ軸の負方向（信号Ｙｎ１に対応する方向）と一致するように前記イオン検出器８を配置したとする。
この場合，Ｙ軸負方向（前記ビーム軸Ｐに向かう方向）の信号Ｙｎ１各々を加算，Ｙ軸正方向（前記ビーム軸Ｐを中心とした放射方向）の信号Ｙｎ２各々を加算，Ｘ軸負方向の信号Ｘｎ１各々を加算，さらにＸ軸正方向の信号Ｘｎ２各々を加算する（即ち，対応する方向ごとに加算）。
これにより，複数の前記イオン検出器８のいずれに前記散乱イオン５が入射した場合でも，前記位置検出回路１３は，前記検出面８ａにおけるイオン入射位置を検出すれば，その検出位置の前記ビーム軸Ｐからの距離Ｒを一定の演算によって求めることができる。また，前記コンピュータ１５では，この距離Ｒから前記散乱イオン５のエネルギーを特定することができ，さらにエネルギースペクトルを測定することができる。

（第２の実施の形態）
前記散乱イオン検出装置Ｘ１は，前記イオン検出器８による前記散乱イオン５の検出頻度が高い場合（前記散乱イオン５の発生頻度が高い場合）には，複数の散乱イオンが同時検出される頻度が高くなり実用的でない。
そこで，図２に示す本発明の第２の実施形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ２は，前記散乱イオン検出装置Ｘ１に対し，前記イオン検出器８ごとの散乱イオンの検出有無を検出する手段を加えたものである。
即ち，散乱イオン検出装置Ｘ２は，前記プリアンプ１１で変換及び増幅した４つの電圧信号の１又は複数が設定レベル以上であるか否かを検出する比較器２２（前記信号有無検出手段の一例）と，該比較器２２の出力（ＯＮ又はＯＦＦ）を一定時間保持する保持回路２３とを具備し，該保持回路２３の出力は，前記位置検出回路１３に入力される。図２では，前記比較器２２は前記イオン検出器８各々の１つの出力信号（前記パルス電流信号Ｘｎ２）ごとに設けている。これにより，前記イオン検出器８各々において，前記検出面８ａのＸ−Ｙ軸平面における第１象限及び第４象限のエリアに前記散乱イオン５が入射されたことを検出できる。より確実に前記散乱イオン５の入射を検出するためには，全ての信号ごとに前記比較器２２を設けるか，或いは前記イオン検出器８ごとに４つの信号を加算する加算器を設け，該加算器の出力ごとに前記比較器２２を設けることが望ましい。
前記比較器２２は，前記位置検出回路１３や前記ＭＣＡ１４に比べれば，はるかに簡易で小型，かつ安価な部品であるので，装置の複雑化，大型化及び高コスト化は抑えられる。

一方，前記位置検出回路１３に前記保持回路２３からの信号入力機能を付加した位置検出回路１３’（前記位置検出手段の一例）では，４つの前記リニアアンプ１２の出力信号に加え，前記保持回路２３の出力（前記信号有無検出手段の検出結果の一例）にも基づいて前記散乱イオン５の前記検出面８ａへの入射位置を検出する。即ち，前記位置検出回路１３’は，前記保持回路２３の出力に基づき，前記比較器２２（前記信号有無検出手段）によって同時に複数の前記イオン検出器８について前記設定レベル以上が検出された場合には，そのときの信号を破棄して位置検出を行わず，唯一の前記イオン検出器８について前記設定レベル以上が検出された場合にのみ，前記散乱イオン５の入射位置検出を行うよう構成されている。
このような構成により，複数の前記散乱イオン５が同時検出された場合に，それらの信号が加算された信号によって誤った位置検出が行われることを防止できるので，前記散乱イオンの検出頻度が高い場合にも適用できる。
また，複数の前記イオン検出器８のいずれで散乱イオンが検出されたかを識別できるので，図７（ｂ），（ｃ）に示したように，前記ビーム軸Ｐからの距離がそれぞれ異なる位置に複数の前記イオン検出器８を配置した場合にも適用できる。
図７（ｂ），（ｃ）のように，複数の前記イオン検出器８を，前記ビーム軸Ｐからそれぞれ異なる距離に配置した場合，図７（ａ）の場合とは異なり，前記検出面８ａ上における前記散乱イオンの入射位置が同じ（４つの前記加算器２１の出力信号の組合せが同じ）であっても，前記イオン検出器８のいずれで検出されたかによって前記ビーム軸Ｐから前記散乱イオンの検出位置までの距離が異なる。
しかし，前記保持回路２３の出力に基づいて，前記散乱イオンが検出された前記イオン検出器８を特定すれば，そのイオン検出器８の配置位置に関する情報（前記ビーム軸Ｐからの距離等）と４つの前記リニアアンプ１２の出力信号とに基づいて前記散乱イオン検出位置の前記ビーム軸Ｐからの距離を検出する（求める）ことができる。

（第３の実施の形態）
図３は，前記散乱イオン検出装置Ｘ２と同等の機能を異なる構成で実現した本発明の第５の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ３の概略構成を表すブロック図である。
散乱イオン検出装置Ｘ３は，前記散乱イオン検出装置Ｘ２における前記ＭＣＡ１４の代わりに，その機能をＡ／Ｄコンバータ２４及び前記コンピュータ１５により実現するものである。即ち，前記位置検出回路１３の出力信号（位置検出信号）をＡ／Ｄ変換して前記コンピュータ１５に出力するＡ／Ｄコンバータ２４を設け，前記保持回路２３の出力は，前記コンピュータ１５に入力されるよう構成されている。そして，前記コンピュータ１５が，前記位置検出回路１３による検出位置（Ａ／Ｄ変換された信号）を入力して前記散乱イオンの入射位置ごとのイオン数（個数）をカウントするものである。
さらに，位置検出回路としては前記保持回路２３からの信号の入力機能を有さない前記位置検出回路１３（図１の前記位置検出回路１３）が設けられ，前記保持回路２３の出力は，前記コンピュータ１５に入力される。そして，前記コンピュータ１５は，予め設定された位置検出プログラムを実行することにより，前記位置検出回路１３による前記散乱イオンの入射位置検出結果と，前記保持回路２３の出力（前記信号有無検出手段の検出結果の一例）とに基づいて，前記散乱イオン５の前記検出面８ａへの入射位置の最終的な検出値を決定する（検出する）。即ち，前記コンピュータ１５は，前記保持回路２３の出力に基づき，前記比較器２２（前記信号有無検出手段）によって同時に複数の前記イオン検出器８について前記設定レベル以上が検出された場合には，そのときの前記位置検出回路１３の出力結果を破棄して採用せず，唯一の前記イオン検出器８について前記設定レベル以上が検出された場合にのみ，前記位置検出回路１３の出力結果を前記散乱イオンの入射位置として採用するよう構成されている。この場合，前記位置検出回路１３及び前記コンピュータ１５が，前記位置検出手段の一例を構成する。
一般に，処理速度等の問題で，高速処理が可能なＭＣＡが用いられるが，特に速度上の問題がなければ，この散乱イオン検出装置Ｘ３のような構成とすることも考えられる。

図３に示すような構成により，複数の前記散乱イオン５が同時検出された場合に，それらの信号が加算された信号によって誤った位置検出が行われることを防止できるので，前記散乱イオンの検出頻度が高い場合にも適用できる。
また，複数の前記イオン検出器８のいずれで散乱イオンが検出されたかを識別できるので，図７（ｂ），（ｃ）に示したように，前記ビーム軸Ｐからの距離がそれぞれ異なる位置に複数の前記イオン検出器８を配置した場合にも適用できる。
さらに，前記コンピュータ１５のプログラム処理によってよりきめ細かな位置検出処理を行うことが可能となる。
例えば，いずれの前記イオン検出器８で前記散乱イオンが検出されたかを識別できるので，複数の前記イオン検出器８各々の個体差に関するパラメータを予め実験的に求めて前記コンピュータ１５に記憶させておき，その個体差を補正した位置検出値を算出すれば，より高精度の分析が可能となる。
このような構成も，本発明の実施形態の一例である。もちろん前記コンピュータ１５の替わりに，ハードウェアを基調として同等の処理を行う信号処理回路を設けてもかまわない。

本発明は，散乱イオンの検出装置への利用が可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ１の概略構成を表すブロック図。 本発明の第２の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ２の概略構成を表すブロック図。 本発明の第５の実施の形態に係る散乱イオン検出装置Ｘ３の概略構成を表すブロック図。 本発明の実施の形態に係る散乱イオン検出装置の適用対象の一例であるラザフォード後方散乱分析装置Ｂの概略構成例を表す図。 イオン検出器を模式的に表した図。 １つのイオン検出器の出力信号に基づく従来の散乱イオン検出装置Ａの概略構成を表すブロック図。 複数のイオン検出器の配置例を表す図。 複数のイオン検出器の出力信号に基づく従来の散乱イオン検出装置Ａ１の概略構成を表すブロック図。

符号の説明

２…イオンビーム
４…試料
６…電磁石
７…アイリス型スリット（アパーチャ）
８…イオン検出器
８ａ…検出面
８ｂ…マイクロチャンネルプレート
８ｃ…位置検出器
１１…プリアンプ
１２…リニアアンプ
１３，１３’…位置検出回路（位置検出手段）
１４…マルチチャンネルアナライザ
１５…コンピュータ
２１…加算器
２２…比較器（信号有無検出手段）
２３…保持回路
２４…Ａ／Ｄコンバータ

Claims (3)

1. ２次元の検出面にイオンが入射した際に前記検出面上の４方向それぞれにおける前記イオンの入射位置に対応する４つのパルス電流信号を出力するイオン検出器が，イオンビームの照射を受けた試料から後方散乱した散乱イオンが到達し得る位置に複数配設され，複数の前記イオン検出器が出力する各々４つのパルス電流信号をプリアンプで変換及び増幅した電圧信号に基づいて前記散乱イオンの前記検出面への入射位置を検出する散乱イオン検出装置において，
   複数の前記イオン検出器から出力され前記プリアンプで変換及び増幅した４つの電圧信号を，対応する方向ごとに加算して出力する４つの加算器と，
   前記４つの加算器各々の出力信号を増幅する４つのアンプと，
   前記イオン検出器ごとに，前記プリアンプで変換及び増幅した４つの電圧信号の１又は複数が設定レベル以上であるか否かを検出する信号有無検出手段と，
   前記信号有無検出手段の出力を一定時間保持する保持回路と，
   前記保持回路により保持された前記信号有無検出手段の出力に基づき，前記信号有無検出手段により同時に複数の前記イオン検出器について前記設定レベル以上が検出された場合には位置検出を行わず，唯一の前記イオン検出器について前記設定レベル以上が検出された場合にのみ，該唯一の前記イオン検出器を特定し，該イオン検出器の配置位置に関する情報と前記４つのアンプの出力信号とに基づいて前記散乱イオンの前記検出面への入射位置を検出する位置検出手段と，
   を具備してなることを特徴とする散乱イオン検出装置。
2. 前記位置検出手段が，予め記憶された前記イオン検出器各々の個体差に関するパラメータで，前記唯一のイオン検出器の個体差を補正した位置検出値を算出してなる請求項１に記載の散乱イオン検出装置。
3. 複数のイオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記試料と前記イオン検出器との間の位置に配置され，前記イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した特定のエネルギー及び散乱角を有する前記散乱イオンを前記イオン検出器側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリットと，請求項１又は２のいずれかに記載の散乱イオン検出装置と，を具備してなることを特徴とするラザフォード後方散乱分析装置。

Images