JPH0378945B2 - - Google Patents
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- JPH0378945B2 JPH0378945B2 JP58191781A JP19178183A JPH0378945B2 JP H0378945 B2 JPH0378945 B2 JP H0378945B2 JP 58191781 A JP58191781 A JP 58191781A JP 19178183 A JP19178183 A JP 19178183A JP H0378945 B2 JPH0378945 B2 JP H0378945B2
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/60—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using electron paramagnetic resonance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子スピン共鳴装置に関し、特に空胴
共振器に代えて電磁ホーンを用いて試料にマイク
ロ波を印加するようにした電子スピン共鳴装置に
関するものである。
共振器に代えて電磁ホーンを用いて試料にマイク
ロ波を印加するようにした電子スピン共鳴装置に
関するものである。
一般に電子スピン共鳴装置では、試料を空胴共
振器内に挿入して測定を行う。この方法は測定感
度が高いという大きな特徴を持つものの、(a)空胴
共振器の中に試料を入れる関係上、試料の形状及
び大きさに制限がある（従来の装置では高々10mm
φの円柱状）、(b)共振条件があるため、試料に印
加するマイクロ波の周波数を任意に選ぶことがで
きない、等の欠点があつた。
振器内に挿入して測定を行う。この方法は測定感
度が高いという大きな特徴を持つものの、(a)空胴
共振器の中に試料を入れる関係上、試料の形状及
び大きさに制限がある（従来の装置では高々10mm
φの円柱状）、(b)共振条件があるため、試料に印
加するマイクロ波の周波数を任意に選ぶことがで
きない、等の欠点があつた。
この欠点を除くため、空胴共振器を用いない第
１図に示す基本構成を持つ電子スピン共鳴装置が
特願昭57−215075号（特開昭59−105551号）に提
案されている。同図において、１，２は対向配置
された扇形電磁ホーンである。図示しないマイク
ロ波発振器で発生し、導波管を介して導かれたマ
イクロ波は電磁ホーン１から電磁ホーン２へ向け
て放射される。この２つの電磁ホーンの間に試料
を入れた試料管あるいはウエハー状試料などの被
験試料３が配置されると共に、例えば図において
矢印で示す方向に直流磁場が印加される。電子ス
ピン共鳴共鳴により試料がマイクロ波を吸収する
と、電磁ホーン２に入射するマイクロ波電力が変
化するため、その変化に基づいて試料の電子スピ
ン共鳴を検出することができる。
１図に示す基本構成を持つ電子スピン共鳴装置が
特願昭57−215075号（特開昭59−105551号）に提
案されている。同図において、１，２は対向配置
された扇形電磁ホーンである。図示しないマイク
ロ波発振器で発生し、導波管を介して導かれたマ
イクロ波は電磁ホーン１から電磁ホーン２へ向け
て放射される。この２つの電磁ホーンの間に試料
を入れた試料管あるいはウエハー状試料などの被
験試料３が配置されると共に、例えば図において
矢印で示す方向に直流磁場が印加される。電子ス
ピン共鳴共鳴により試料がマイクロ波を吸収する
と、電磁ホーン２に入射するマイクロ波電力が変
化するため、その変化に基づいて試料の電子スピ
ン共鳴を検出することができる。
この装置によれば、２つのホーンの間の比較的
大きな空間に試料を配置することができるため、
任意の形状及び大きさの試料について電子スピン
共鳴測定を行うことができ、例えば半導体ウエハ
ー、アモルフアスシリコンウエハー、バブルメモ
リウエハーなど大寸法のウエハーについても破壊
することなく測定を行うことができるという大き
な効果が得られる。又、共振器が無いので、マイ
クロ波の周波数も任意に選択することが可能とな
る。
大きな空間に試料を配置することができるため、
任意の形状及び大きさの試料について電子スピン
共鳴測定を行うことができ、例えば半導体ウエハ
ー、アモルフアスシリコンウエハー、バブルメモ
リウエハーなど大寸法のウエハーについても破壊
することなく測定を行うことができるという大き
な効果が得られる。又、共振器が無いので、マイ
クロ波の周波数も任意に選択することが可能とな
る。
ところで、この装置においては、電磁ホーン１
から放射され試料に印加されたマイクロ波のほと
んど全部が電磁ホーン２によつて受信されるが、
受信器として用いられる検波ダイオードは、高々
10ｍＷ程度のマイクロ波電力しか許容できない。
そのため、電磁ホーン１から試料に印加するマイ
クロ波の電力もその許容電力に見合つた低いレベ
ルに設定せざるを得ず、従つて試料に高電力のマ
イクロ波を印加して感度の良い測定を行うことが
困難であつた。
から放射され試料に印加されたマイクロ波のほと
んど全部が電磁ホーン２によつて受信されるが、
受信器として用いられる検波ダイオードは、高々
10ｍＷ程度のマイクロ波電力しか許容できない。
そのため、電磁ホーン１から試料に印加するマイ
クロ波の電力もその許容電力に見合つた低いレベ
ルに設定せざるを得ず、従つて試料に高電力のマ
イクロ波を印加して感度の良い測定を行うことが
困難であつた。
又、この装置では、送信用と受信用の２つの電
磁ホーンを必要とし、装置構成が複雑になるとい
う問題点もある。
磁ホーンを必要とし、装置構成が複雑になるとい
う問題点もある。
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので
あり、マイクロ波の送受信を１つの電磁ホーンを
用いて行うことにより装置構成を簡単化すると共
に、試料に高電力のマイクロ波を印加して感度の
良い測定を行うことが可能な電子スピン共鳴装置
を提供することを目的としている。
あり、マイクロ波の送受信を１つの電磁ホーンを
用いて行うことにより装置構成を簡単化すると共
に、試料に高電力のマイクロ波を印加して感度の
良い測定を行うことが可能な電子スピン共鳴装置
を提供することを目的としている。
本発明にかかる電子スピン共鳴装置は、試料に
印加するための磁場を発生する手段と、試料に印
加するマイクロ波を発生する手段と、該マイクロ
波を試料に向けて放射する電磁ホーンと、該試料
の後方に配置されたマイクロ波反射板と、電磁ホ
ーンで受信した反射マイクロ波を検出するための
マイクロ波検出器と、前記発生手段からのマイク
ロ波を前記電磁ホーンへ送り且つ該電磁ホーンに
より受信された反射マイクロ波を前記検出器へ送
るマイクロ波回路とから成ることを特徴としてい
る。以下、図面を用いて本発明を詳説する。
印加するための磁場を発生する手段と、試料に印
加するマイクロ波を発生する手段と、該マイクロ
波を試料に向けて放射する電磁ホーンと、該試料
の後方に配置されたマイクロ波反射板と、電磁ホ
ーンで受信した反射マイクロ波を検出するための
マイクロ波検出器と、前記発生手段からのマイク
ロ波を前記電磁ホーンへ送り且つ該電磁ホーンに
より受信された反射マイクロ波を前記検出器へ送
るマイクロ波回路とから成ることを特徴としてい
る。以下、図面を用いて本発明を詳説する。
第２図は本発明の一実施例の構成を示し、図に
おいて４は磁石である。該磁石４内には、電磁ホ
ーン１が配置され、その前に試料３、更に試料の
後に非磁性金属製のマイクロ波反射板５が置かれ
ている。又、磁石４内には、磁場変調用の変調コ
イル６が設置され、該コイル６には例えば100K
Hz程度の周波数を持つ変調電流が増幅器７を介し
て発振器８から供給されている。
おいて４は磁石である。該磁石４内には、電磁ホ
ーン１が配置され、その前に試料３、更に試料の
後に非磁性金属製のマイクロ波反射板５が置かれ
ている。又、磁石４内には、磁場変調用の変調コ
イル６が設置され、該コイル６には例えば100K
Hz程度の周波数を持つ変調電流が増幅器７を介し
て発振器８から供給されている。
ガン発振器等のマイクロ波発振器９から発生し
たマイクロ波は、アイソレータ１０、アツテネー
タ１１、マジツクテイ１２を介して上記電磁ホー
ン１へ送られ、試料３へ向けて放射される。試料
を通過し反射板５によつて反射されたマイクロ波
は、再び試料を通過した後電磁ホーン１に入射
し、前記マジツクテイ１２を介して検波ダイオー
ド１３へ送られる。本実施例では、検波ダイオー
ドの動作点を適切なレベルに設定するため、方向
性結合器１４により送信系から適宜なレベルのマ
イクロ波を取出し、方向性結合器１５により受信
系へ送りバイアスするようにしている。１６は位
相を調整するための移相器である。ダイオード１
３から得られた検出信号は、増幅器１７を介して
復調器（例えば位相敏感検出器）１８へ送られ
る。該復調器１８には、前記発振器８からの変調
信号が移相器１９を介して供給されており、検出
信号は該変調信号に基づいて復調される。復調さ
れた検出信号は、増幅器２０を介してレコーダ等
の記録器２１へ送られ、前記磁石４を励磁する励
磁電源２２による磁場掃引に関連して記録され
る。２３は前記マジツクテイ１２の１本の腕に接
続されたインピーダンス変換器で、例えば腕を終
端する可動終端板と導波管内への挿入量が可変の
ピンから成つている。
たマイクロ波は、アイソレータ１０、アツテネー
タ１１、マジツクテイ１２を介して上記電磁ホー
ン１へ送られ、試料３へ向けて放射される。試料
を通過し反射板５によつて反射されたマイクロ波
は、再び試料を通過した後電磁ホーン１に入射
し、前記マジツクテイ１２を介して検波ダイオー
ド１３へ送られる。本実施例では、検波ダイオー
ドの動作点を適切なレベルに設定するため、方向
性結合器１４により送信系から適宜なレベルのマ
イクロ波を取出し、方向性結合器１５により受信
系へ送りバイアスするようにしている。１６は位
相を調整するための移相器である。ダイオード１
３から得られた検出信号は、増幅器１７を介して
復調器（例えば位相敏感検出器）１８へ送られ
る。該復調器１８には、前記発振器８からの変調
信号が移相器１９を介して供給されており、検出
信号は該変調信号に基づいて復調される。復調さ
れた検出信号は、増幅器２０を介してレコーダ等
の記録器２１へ送られ、前記磁石４を励磁する励
磁電源２２による磁場掃引に関連して記録され
る。２３は前記マジツクテイ１２の１本の腕に接
続されたインピーダンス変換器で、例えば腕を終
端する可動終端板と導波管内への挿入量が可変の
ピンから成つている。
上述の如き構成において、発振器９から発生し
たマイクロ波は、マジツクテイ１２を介して電磁
ホーン１へ送られ、該電磁ホーン１によつて、ほ
とんど反射波を発生させず効率良く、鋭い指向性
をもつて試料に向けて放射される。この試料の誘
電損失が小さい場合、マイクロ波は試料を透過
し、反射板５によつて反射される。この反射板５
に適宜な曲面をつけておけば、反射されたマイク
ロ波がそのまま電磁ホーン１へ戻つて入射するよ
うに設定できる。反射マイクロ波は、マジツクテ
イ１２を介して検波ダイオード１３へ向かうが、
この時、インピーダンス変換器２３を適宜調節
し、反射マイクロ波と逆の位相を持ち強度の等し
い反射波をつくり検波ダイオード１３へ向けて送
れば、２つの反射波は打消し合つて消滅し、マジ
ツクテイ１２から検波ダイオード１３へマイクロ
波が送られないようにバランスさせることができ
る。しかしながら、電源２２による掃引により磁
場強度が共鳴条件の成立する値に到達し、電子ス
ピン共鳴が起きて試料によりマイクロ波エネルギ
ーが吸収されると、そのバランスが崩れ、反射マ
イクロ波がマジツクテイ１２から検波ダイオード
１３へ送られるため、該ダイオード１３の出力に
変化が現れ、その変化が記録器２１において
ESRスペクトルとして記録される。
たマイクロ波は、マジツクテイ１２を介して電磁
ホーン１へ送られ、該電磁ホーン１によつて、ほ
とんど反射波を発生させず効率良く、鋭い指向性
をもつて試料に向けて放射される。この試料の誘
電損失が小さい場合、マイクロ波は試料を透過
し、反射板５によつて反射される。この反射板５
に適宜な曲面をつけておけば、反射されたマイク
ロ波がそのまま電磁ホーン１へ戻つて入射するよ
うに設定できる。反射マイクロ波は、マジツクテ
イ１２を介して検波ダイオード１３へ向かうが、
この時、インピーダンス変換器２３を適宜調節
し、反射マイクロ波と逆の位相を持ち強度の等し
い反射波をつくり検波ダイオード１３へ向けて送
れば、２つの反射波は打消し合つて消滅し、マジ
ツクテイ１２から検波ダイオード１３へマイクロ
波が送られないようにバランスさせることができ
る。しかしながら、電源２２による掃引により磁
場強度が共鳴条件の成立する値に到達し、電子ス
ピン共鳴が起きて試料によりマイクロ波エネルギ
ーが吸収されると、そのバランスが崩れ、反射マ
イクロ波がマジツクテイ１２から検波ダイオード
１３へ送られるため、該ダイオード１３の出力に
変化が現れ、その変化が記録器２１において
ESRスペクトルとして記録される。
このように、本発明では、提案装置のように送
信用電磁ホーンから放射されたマイクロ波が定常
的に全て受信用ホーンに入射して受信用ダイオー
ドへ送られることがないため、電磁ホーン１から
試料に印加するマイクロ波の強度を高めても、受
信用ダイオードが破壊されるようなことはなく、
従つて測定感度を飛躍的に高めることが可能であ
る。
信用電磁ホーンから放射されたマイクロ波が定常
的に全て受信用ホーンに入射して受信用ダイオー
ドへ送られることがないため、電磁ホーン１から
試料に印加するマイクロ波の強度を高めても、受
信用ダイオードが破壊されるようなことはなく、
従つて測定感度を飛躍的に高めることが可能であ
る。
更に、本発明では電子スピン共鳴の際、電磁ホ
ーン１から試料に照射されるマイクロ波エネルギ
ーに加え、反射板５から電磁ホーンへ向かう反射
マイクロ波のエネルギーも共鳴に関与させること
ができるため、試料に印加されるマイクロ波電力
が２倍となり、更に感度を高めることが可能であ
る。
ーン１から試料に照射されるマイクロ波エネルギ
ーに加え、反射板５から電磁ホーンへ向かう反射
マイクロ波のエネルギーも共鳴に関与させること
ができるため、試料に印加されるマイクロ波電力
が２倍となり、更に感度を高めることが可能であ
る。
又、本発明では１つの電磁ホーンで送受信を行
つているため、装置構成が簡単となる。
つているため、装置構成が簡単となる。
第３図は本発明の他の実施例の構成を示し、本
実施例では、マジツクテイに代えてサーキユレー
タ２４を用い、該サーキユレータ２４と電磁ホー
ン１との間にインピーダンス変換器２３を配置し
ている。インピーダンス変換器２３を調節して、
該変換器２３からサーキユレータ２４へ反射する
マイクロ波と、該変換器２３を通過して電磁ホー
ン１へ送られ、更に反射板５により反射されて該
変換器２３へ戻つて来たマイクロ波の位相と強度
を合わせることにより、打消し合わせて消滅させ
れば、第２図の実施例と同様にサーキユレータ２
４から検波ダイオード１３へマイクロ波が送られ
ないようにバランスさせることができる。そし
て、電子スピン共鳴が起きて試料によりマイクロ
波エネルギーが吸収されると、そのバランスが崩
れ、反射マイクロ波がサーキユレータ２４から検
波ダイオード１３へ送られるため、第２図の実施
例と同様にESRスペクトルを得ることができる。
実施例では、マジツクテイに代えてサーキユレー
タ２４を用い、該サーキユレータ２４と電磁ホー
ン１との間にインピーダンス変換器２３を配置し
ている。インピーダンス変換器２３を調節して、
該変換器２３からサーキユレータ２４へ反射する
マイクロ波と、該変換器２３を通過して電磁ホー
ン１へ送られ、更に反射板５により反射されて該
変換器２３へ戻つて来たマイクロ波の位相と強度
を合わせることにより、打消し合わせて消滅させ
れば、第２図の実施例と同様にサーキユレータ２
４から検波ダイオード１３へマイクロ波が送られ
ないようにバランスさせることができる。そし
て、電子スピン共鳴が起きて試料によりマイクロ
波エネルギーが吸収されると、そのバランスが崩
れ、反射マイクロ波がサーキユレータ２４から検
波ダイオード１３へ送られるため、第２図の実施
例と同様にESRスペクトルを得ることができる。
尚、インピーダンス変換器としては、上記例の
構造の他、導波管内に挿入するピンの長さと位置
の両方を可変とする方式のもの等、マイクロ波の
位相と強度を可変できるものであれば、どんなも
のでも使用できる。
構造の他、導波管内に挿入するピンの長さと位置
の両方を可変とする方式のもの等、マイクロ波の
位相と強度を可変できるものであれば、どんなも
のでも使用できる。
第１図は提案装置を説明するための図、第２図
は本発明の一実施例の構成を示す図、第３図は本
発明の他の実施例の構成を示す図である。 １：電磁ホーン、３：試料、４：磁石、９：マ
イクロ波発振器、１２：マジツクテイ、１３：検
波ダイオード、２３：インピーダンス変換器、２
４：サーキユレータ。
は本発明の一実施例の構成を示す図、第３図は本
発明の他の実施例の構成を示す図である。 １：電磁ホーン、３：試料、４：磁石、９：マ
イクロ波発振器、１２：マジツクテイ、１３：検
波ダイオード、２３：インピーダンス変換器、２
４：サーキユレータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 試料に印加するための磁場を発生する手段
と、試料に印加するマイクロ波を発生する手段
と、該マイクロ波を試料に向けて放射する電磁ホ
ーンと、該試料の後方に配置されたマイクロ波反
射板と、電磁ホーンで受信した反射マイクロ波を
検出するためのマイクロ波検出器と、前記発生手
段からのマイクロ波を前記電磁ホーンへ送り且つ
該電磁ホーンにより受信された反射マイクロ波を
前記検出器へ送るマイクロ波回路とから成る電子
スピン共鳴装置。 ２ 前記マイクロ波回路はマジツクテイである特
許請求の範囲第１項記載の電子スピン共鳴装置。 ３ 前記マイクロ波回路はサーキユレータである
特許請求の範囲第１項記載の電子スピン共鳴装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191781A JPS6082982A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191781A JPS6082982A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6082982A JPS6082982A (ja) | 1985-05-11 |
| JPH0378945B2 true JPH0378945B2 (ja) | 1991-12-17 |
Family
ID=16280427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58191781A Granted JPS6082982A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6082982A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011099776A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Oita Univ | 電磁ホーン型電子スピン共鳴装置（１） |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0659008A (ja) * | 1992-08-06 | 1994-03-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 物性測定装置およびその測定方法 |
| EP4014056A1 (en) * | 2019-10-02 | 2022-06-22 | X Development LLC | Magnetometry based on electron spin defects |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP58191781A patent/JPS6082982A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011099776A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Oita Univ | 電磁ホーン型電子スピン共鳴装置（１） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6082982A (ja) | 1985-05-11 |
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