JPH03105241A - 電子検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭという）の
構戒を用いて試料より放出される電子の発生場所を特定
することができる電子検出方法に関する。

（ロ）従来の技術 まず、ＳＴＭの概略構成及びその動作を第１図に基いて
説明する。

（１）が試料、（２）は試料（１）との間にトンネル電
流を流すためのチップ、（３）は試料（１）一チッブ（
２）間距離を変化させるためのＺ方向圧電素子、（４）
はチップ（２）を試料（１）上で走査するためのＸ方向
圧電素子（第１図で図示されないが、同じ目的で紙面に
垂直な方向に走査するためのｙ方向圧電素子も設置され
る。）、（５）はトンネル電流を測定するための電流計
、（６）は２方向圧電素子（３）に印加する電圧を決定
し、試料（１）ーチップ（２）間距離を制御するための
制御回路である。

第１図のように試料（１）一チップ（２）間にＩＶ程度
の電圧を印加し、その距離を１０人程度に近づけると、
真空の障壁を通過してトンネル電流が流れる。トンネル
電流は試料（１）一チップ（２）間距離に対し指数関数
的に変化する。トンネル電流は電流計（５）により測定
される。ここで、チ７プ走査用のＸ方向圧電素子（４）
によりチップ（２）を走査し、そのトンネル電流が一定
になるように制御回路（６）により２方向圧電素子（３
）に電圧を供給する。例えば、第１図に示したような凹
凸のある均質な試料（１）の場合、凹部では試料（１）
一チップ（２）間距離が長くなり、トンネル電流が減少
するため、制御回路（６）は２方向圧！素子（３）の印
加電圧を上げ、圧電素子を延ばし、試料（１）一チップ
（２）間距離を短くする。これによりトンネル電流は増
加し、初期値に戻る。凸部ではこれと全く逆の動作とな
る。この結果、チップ（２）先端は試料表面をなぞるよ
うに動き、第１図中に点線で示すような軌跡をたどる。

圧電素子の変化量と印加ｔ圧は比例関係にあるため、印
加電圧をモニターし、ｘ−ｙ走査と同期させてオシロス
コープなどの表示器に表示すると、そこには試料表面の
形状が反映されていることになる。この方法は非常に空
間分解能が良く、原子レベルの凹凸にも反応するため、
原子像を観察できる。

次に、Ｘ線光電子分光法（以下ＸＰＳと言う）を例にと
り、その概略構或及びその動作を第２図に基いて説明す
る。

０）が試料、（７）はＸ線源、（８）は光電子をその運
動エネルギーによって分別するためのエネルギーアナラ
イザ、（９）は電子検出器である。

Ｘ線源（７）よりＸ線（１０）を試料（１）に照射する
と、光電効果により試料表面から光電子が放出される。

エネルギーアナライザ（８）は、ある特定の運動エネル
ギーをもった光電子だけ通過できるように設定され、エ
ネルギーアナライザ（８）を通過した光電子は電子検出
器（９）により検出される。

エネルギーアナライザ（８）に印加する電圧を掃引し、
検出される光電子の運動エネルギーを順次変化させると
光電子のエネルギースペクトルを得ることができる。光
電子の運動エネルギーはＥ　ｂ　＝ｈυ−Ｅｉ−φ で与えられる。ここで、Ｅｋは光電子の運動エネルギー
　ｈυはＸ線のエネルギー、Ｅｓはその電子の試料中で
の結合エネルギー　φは試料の仕事関数である。

電子の結合エネルギーＥＢは元素に固有であるため、単
色のエネルギーが既知のＸ線を朋射し、光電子の運動エ
ネルギーＥｋがわかれば、その結合エネルギーを求め、
元素を特定することができる。すなわち、エネルギース
ペクトル中のピーク位置から試料を構吠する元素を決定
できる。Ｘ線は電荷をもたないため、集光させることが
困難であり、そのビーム径は通常数鵬となる。ＸＰＳの
面分解能もその大きさとなり、微小部の分析には適して
いない。モノクロメータ等を用いてＸ線を１００μｍφ
程度に集光させたり、エネルギーアナライザの光電子取
り込み領域を制限することにより、面分解能を改善した
装置もあるが、それでも数十〜百数＋μｍである。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記のように、Ｓ　Ｔ　Ｍは原子レベルの空間分解能を
もつもの１元素の特定はできない。また、ＸＰＳは元素
の特定はできないのも）空間分解能に劣るという欠点が
あった。

本発明は上記の欠点を解決するためになされたもので、
高い空間分解能で電子発生位置を特定でき且つ微小部で
の元素分布のＩｌ！察ができる電子検出方法を提供する
ことを目的とする。

（二）課題を解決するための手段 本発明の電子検出方法は、試料にＸ線を照射し、発生し
た光電子を走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭと称す）の構
或を用いて検出し、その発生場所を特定するものである
。

（ホ）作用 上記の手段で光電子を検出し、チップを試料上で二次元
的に走査することにより試料表面の元素の分布を反映し
た原子レベルの像を得ることができる。

（へ）実施例 本発明の一実施例を第３図に基づき以下に詳述する。

ＸＰＳと同様、試料表面からＸ線を照射することも考え
られるが、試料底面から照射する場合を例にとる，その
ため、試料（１）は、第３図に示したようにＸ線が透過
できる程度に薄く加工する必要がある。

試料（１）一チップ（２）間距離は２方向圧電素子（３
）により一定に保たれる。この状態でＸ線（１０）を照
射すると、試料表面から光電子が放出される。光電子の
うちチップ（２）に入射したものが電流計（５）により
検出される。

さらに、ｘ−ｙ方向圧電素子（４）によりチップ（２）
を走査し、電流値の変化をオシロスコープなどの表示器
に走査と同期させて表示すると光電子発生の分布を観察
することができる。

例えば、Ｓｉ上にＷ配線をほどこした試料で上述した操
作を行うとする。Ｘ線源としてＭｇＫα線を用いると、
Ｓｉの金光イオン化断面積が１．８１であるのに対し、
Ｗのそれは３２．　３６である（この値はＣ／Ｓ軌道の
光イオン化断面積を１、００として規格化したものであ
る）。したがって、Ｗから約１８倍の光電子が放出され
ることになり、ＳｉとＷを区別した像を観察することが
できる。

チップ（２）としては、通常Ｗなどの金属が用いられる
が、第３図のように配置するとチップ（２）側面に入射
した光電子も検出されてしまうため像の分解能が低下す
る。しかし、第４図に示したように、チップ（２）を絶
縁物（１１）で覆い、その先端部分だけ除去したり、第
５図に示したように、第４図の状態からさらにチップ（
２）のみをエッチングすることにより、斜入射の光電子
をできるだけ除去できる構造とすれば像の分解能は向上
する。

本発明ではエネルギーアナライザはないが、以下の３つ
の方法によりエネルギースペクトルの測定も可能である
。

（ｉ）　　単色のＸ線源を用い、チップにマイナスの電
圧（または試料にプラスの電圧）を印加し、この印加電
圧を掃引する。

（ｉｉ）　　白色のＸ線源を用い、試料ｌ、照射するＸ
線のエネルギーを掃引する。

（ｉｉｉ）　　（ｉ）、（ｉｉ）の方法を組み合わせる
。印加電圧とＸ線のエネルギーをわずかにずらせて掃引
する。例えば１０００ｅＶのＸ線を照射し、チップに−
９９９Ｖの電圧を印加すると、運動エネルギーが９９９
から１０００ｅＶの間の光電子のみ検出される。Ｘ線の
エネルギー、印加電圧を固定し、チップを走査すると、
特定のエネルギーの光電子の発生分布像を得ることがで
きる。

上記いずれの方法においても、エネルギースペクトルを
微分すれば、さらにピーク位置が明確になり、元素の特
定が正確になる。

以上の説明ではＸ線を照射した場合を例にとったが、入
射ビームとして、紫外光など他の光子や電子線も利用す
ることができる。

（ト）発明の効果 以上のように、本発明の電子検出方法によれば、高空間
分解能にて電子発生位置を特定できるため，微小部での
元素分布を観察することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は走査型トンネル顕微鏡の概略購戊図、第２図は
Ｘ線光電子分光法の概略購戊図、第３図は本発明の一実
施例を示す要部構戒図、第４図は本発明に用いるチップ
の要部構戒図、第５図は本発明に用いるチップの他の実
施例の要部構成図である。 （１）・・・試料、（２）・・・チップ、（３）・・・
２方向圧電素子、（４）・・・ｘ（ｙ）方向圧電素子、
（５）・・・電流計、（６）・・・制御回路、（７）・
・・Ｘ線源、（８）・・・エネルギーアナライザ、（９
）・・・電子検出器、（１ｏ）・・・Ｘ線、（１１）・
・・絶縁物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）Ｘ線の照射により試料より放出される電子を検出す
   るものにおいて、前記試料上での電子の発生場所を走査
   型トンネル顕微鏡（ＳＴＭと称す）の構成を用いて特定
   することを特徴とする電子検出方法。