JPH04256847A - High-energy-resolution detecting method for vacuum ultraviolet ray and inverse photoelectron spectroscopic device using this detecting method - Google Patents

High-energy-resolution detecting method for vacuum ultraviolet ray and inverse photoelectron spectroscopic device using this detecting method

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JPH04256847A
JPH04256847A JP1661491A JP1661491A JPH04256847A JP H04256847 A JPH04256847 A JP H04256847A JP 1661491 A JP1661491 A JP 1661491A JP 1661491 A JP1661491 A JP 1661491A JP H04256847 A JPH04256847 A JP H04256847A
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JP
Japan
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detectors
detection
vacuum ultraviolet
light
energy
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JP1661491A
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Inventor
Shigemasa Kan
菅 滋 正
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HIYUURISUTEITSUKU KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a detecting method for detecting vacuum ultraviolet rays at high energy resolution and to obtain an inverse photoelectron spectroscopic device which can perform inverse photoelectron spectroscopy in high accuracy at high energy resolution by utilizing this detecting method. CONSTITUTION:This detecting method is conducted by the following way. Optical filters whose penetrability of vacuum ultraviolet rays is slightly different are provided in front of at least two detectors having the equal photoelectric characteristics. The detectors are directed toward a light emitting source. The pulses of the output signals from both detectors are shaped, and the pulses are counted. The counted values are subtracted to each other. The energy resolution corresponding to the difference between the limit energies of both optical filters is optically detected. The introduction of this detecting method into an inverse photoelectron spectroscopic device is also proposed. Especially, a reflection converging mirror is used, the space in a vacuum container is reduced and the compact configuration is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、真空紫外領域の光を
高いエネルギ分解能で検出する検出方法、およびこの検
出方法を利用した逆光電子分光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a detection method for detecting light in the vacuum ultraviolet region with high energy resolution, and an inverse photoelectron spectroscopy apparatus using this detection method.

【0002】0002

【従来の技術】真空紫外領域の光を分光する技術は固体
表面の特性を評価するために使用されている。この場合
、真空紫外光の検出器は真空中に設置して使用される。 検出器には通常ガイガーミューラー管か、あるいは検出
面に真空紫外領域で光電子放出が大きい光電面を付加し
た電子増倍管が使用されている。これ等の検出器で、検
出エネルギ帯域のうち高エネルギ端を決めるため、検出
器の入射面に取り付けた窓材、通常イオン結晶、例えば
弗化リチュウム、弗化カルシューム、弗化ストロンチュ
ーム等を用いている。低エネルギ端は検出器内にある光
電材料の固有な光電子放出特性によって決まっている。 即ち、ガイガーミューラー管の場合、封入した気体、例
えば沃素ガスによって、また電子増倍管の場合、光電面
の表面に使用するベリリューム銅によって定まっている
。これ等の検出器では、実用上検出できる光のエネルギ
は9 eV 近辺で、帯域幅は 0.5〜 0.6 e
V である。
2. Description of the Related Art Techniques for spectroscopy of light in the vacuum ultraviolet region are used to evaluate the characteristics of solid surfaces. In this case, the vacuum ultraviolet light detector is installed and used in a vacuum. The detector usually uses a Geiger-Mueller tube or an electron multiplier tube with a photocathode on its detection surface that emits large photoelectrons in the vacuum ultraviolet region. In these detectors, in order to determine the high energy end of the detection energy band, a window material attached to the entrance surface of the detector, usually an ionic crystal, such as lithium fluoride, calcium fluoride, or strontium fluoride, is used. ing. The low energy end is determined by the inherent photoemission properties of the photoelectric material within the detector. That is, in the case of a Geiger-Mueller tube, it is determined by the gas enclosed, such as iodine gas, and in the case of an electron multiplier tube, it is determined by the beryllium copper used for the surface of the photocathode. With these detectors, the energy of light that can be practically detected is around 9 eV, and the bandwidth is 0.5 to 0.6 eV.
It is V.

【0003】近年、固体物質、特に結晶性物質に低速電
子線を当て、この電子が固体の非占有電子状態レベルに
遷移する時に発する光、特に真空紫外領域の光を分光し
、フェルミレベルの上に位置する非占有電子状態を詳細
に調べることのできる、所謂「逆光電子分光」が開発さ
れた(例えば、菅、生天目、小川および木下著による解
説「逆光電子分光」、分光研究,第39巻、第1号、1
990年第2〜 18 頁を参照)。この分光法では、
種々の測定方法が提唱されているが、一般に上に述べた
一定エネルギ帯域を検出する帯域検出器を用い、低速入
射電子を試料に当て、その際入射電子のエネルギを所定
の範囲で可変し、放出された真空紫外光の強度を計測し
ている(この測定方法はBIS型測定法と称されている
)。電子のエネルギ・バンドを更に詳しく調べるには、
未だ上記の検出器(分解能 0.5〜 0.6 eV 
)では不充分で、0.1 eV程度あるいはそれ以下の
エネルギ分解能が望まれている(例えば、上に述べた菅
、生天目、小川および木下著による解説「逆光電子分光
」,分光研究,第39巻、第1号、1990年第2〜 
18 頁を参照)。
In recent years, solid materials, especially crystalline materials, are irradiated with a slow electron beam, and the light emitted when the electrons transition to an unoccupied electronic state level in the solid, particularly light in the vacuum ultraviolet region, has been spectrally analyzed, and the light above the Fermi level has been analyzed. The so-called "inverse photoelectron spectroscopy" has been developed, which allows detailed investigation of the unoccupied electronic states located at . , No. 1, 1
990, pp. 2-18). In this spectroscopy,
Various measurement methods have been proposed, but generally a band detector that detects a constant energy band as described above is used, low-velocity incident electrons are applied to the sample, and the energy of the incident electrons is varied within a predetermined range. The intensity of the emitted vacuum ultraviolet light is measured (this measurement method is called the BIS type measurement method). To examine the electron energy bands in more detail,
Still the above detector (resolution 0.5-0.6 eV
) is insufficient, and an energy resolution of around 0.1 eV or lower is desired (for example, see the above-mentioned commentary by Suga, Namatenmoku, Ogawa, and Kinoshita, ``Inverse photoelectron spectroscopy'', Spectroscopy Research, Vol. 39). Volume, No. 1, 1990 No. 2~
(See page 18).

【0004】真空紫外領域の光でイオンまたは電子を励
起するガイガーミューラー管または電子増倍管による検
出器の外に、更に高エネルギ分解能で測定できる検出器
として、回折格子を使用するものがある。この分解能は
、上に述べた0.15 eV 程度のエネルギを分解で
きるが、何分にも、検出強度が極めて弱く、検出信号の
S/N比が非常に低い。加えて、装置の占有空間が極端
に大きいため、設備および運転の経費が嵩むと言う不正
確および不経済な難点を避けることができない。
In addition to detectors using Geiger-Mueller tubes or electron multiplier tubes that excite ions or electrons with light in the vacuum ultraviolet region, there are detectors that use diffraction gratings that can perform measurements with even higher energy resolution. Although this resolution can resolve the energy of about 0.15 eV mentioned above, the detection intensity is extremely weak and the S/N ratio of the detection signal is extremely low. In addition, the extremely large space occupied by the device does not avoid the drawbacks of inaccuracy and uneconomical costs, including high equipment and operating costs.

【0005】上記の難点を排除するため、本発明者は新
しい真空紫外領域の光用の検出器を既に提唱しているが
、それは上記イオンまたは電子を励起する1個の検出器
の窓材を交換し、両者の測定値を引算する方式の検出系
である。
In order to eliminate the above-mentioned difficulties, the present inventor has already proposed a new detector for light in the vacuum ultraviolet region, which consists of a single detector window material that excites the ions or electrons. This is a detection system that exchanges the values and subtracts the measured values of both.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
に述べた従来の検出器の難点を排除して、真空紫外光を
高エネルギ分解能で検出できる、特にオンライン測定の
可能な新しい検出方法を提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional detectors described above, and to create a new detection method capable of detecting vacuum ultraviolet light with high energy resolution, especially capable of online measurement. Our goal is to provide the following.

【0007】更に、この発明の課題は、上記の検出方法
を利用して真空紫外光を分光する逆光電子分光装置、特
にBIS型測定法に適した逆光電子分光装置を提供する
ことにある。
A further object of the present invention is to provide an inverse photoelectron spectroscopy device that spectrally spectra vacuum ultraviolet light using the above-mentioned detection method, and in particular, a inverse photoelectron spectrometer suitable for BIS type measurement method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた検出方法の場合、−前記発光源に
対して光電特性の等しい少なくとも2個の検出器を指向
させ、 −前記検出器の各々は真空紫外光を光電変換と電子増倍
によって電気信号に変換する一つの検出部と、この検出
部の前に設置した一個の光学フィルタとで形成され、−
前記光学フィルタの光透過能は入射光のエネルギがある
限界エネルギ以上で急激に減衰し、この限界エネルギ以
下で充分高く、 −上記限界エネルギは各検出器で僅かに異なり、−前記
検出部より出力される電気信号をパスル信号に変換し、
変換したパルス信号を計数し、両方の計数器のパルス計
数値を互いに減算し、 −対応する二つの検出器の限界エネルギの差を測定時の
エネルギ分解能と見做し、減算されたパルス計数値の差
を真空紫外光の光量に相当する量とする、ことによって
解決されている。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, in the detection method mentioned at the beginning, - at least two detectors having the same photoelectric characteristics are directed toward the light emitting source; Each of the detectors is formed by one detection section that converts vacuum ultraviolet light into an electrical signal through photoelectric conversion and electron multiplication, and one optical filter installed in front of this detection section, -
The light transmission ability of the optical filter is sharply attenuated when the energy of the incident light exceeds a certain critical energy, and is sufficiently high below this critical energy, - the critical energy differs slightly for each detector, and - the output from the detection section converts the electrical signal into a pulse signal,
Count the converted pulse signals, subtract the pulse count values of both counters from each other, - consider the difference between the limit energies of the two corresponding detectors as the energy resolution during measurement, and calculate the subtracted pulse count value. This is solved by making the difference between the two amounts equivalent to the amount of vacuum ultraviolet light.

【0009】更に、上記の課題は、この発明により、真
空紫外光の分光装置の場合、試料に低速電子線を入射さ
せ、請求項1〜3の何れか1項に記載した検出方法を実
行できる二個の検出器を試料の発光領域に直接指向させ
、主検出方向の回りの立体角を互いに等しく、しかも検
出範囲が互いに重ならない配置にして真空紫外光を直接
検出する、特にBIS型測定法に基づく真空紫外光の分
光装置か、あるいは試料に低速電子線を入射させ、請求
項1〜3の何れか1項に記載した検出方法を実行できる
二個の検出器を用い試料から放出された光をそれぞれ付
属する一個の反射集束用鏡で一旦反射させ、反射した光
を互いに重ならない位置に集束させ、各集束点の近傍に
前記二個の検出器を設置し、その場合主検出方向の回り
の立体角を互いに等しく、しかも検出範囲が互いに重な
らない配置にし、真空紫外光を間接的に検出する、特に
BIS型測定法に基づく真空紫外光の分光装置によって
解決されている。
Furthermore, the above-mentioned problem can be solved by the present invention, in which, in the case of a vacuum ultraviolet light spectrometer, a low-velocity electron beam is incident on a sample, and the detection method described in any one of claims 1 to 3 can be carried out. Especially the BIS type measurement method, in which vacuum ultraviolet light is directly detected by arranging two detectors to point directly at the light-emitting region of the sample, the solid angles around the main detection direction being equal to each other, and the detection ranges not overlapping each other. A vacuum ultraviolet light spectrometer based on the method or two detectors capable of injecting a slow electron beam into the sample and performing the detection method described in any one of claims 1 to 3 are used to detect the amount of light emitted from the sample. The light is once reflected by one reflection and focusing mirror attached to each, and the reflected light is focused at a position that does not overlap with each other, and the two detectors are installed near each focusing point, in which case the main detection direction is This problem has been solved by a vacuum ultraviolet light spectrometer based on the BIS type measurement method, which indirectly detects vacuum ultraviolet light by arranging the surrounding solid angles to be equal to each other and whose detection ranges do not overlap with each other.

【0010】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲に記載された対応する従属請求項に開示されて
いる。
Further advantageous developments according to the invention are disclosed in the corresponding dependent claims.

【0011】[0011]

【作用】上記の検出系の構成によれば、互いに良く似た
真空紫外光の透過特性を有するフィルタを備えた二つの
光電検出器の出力信号を常時引き算して、高エネルギ分
解能の分光測定を可能にしている。この検出系を逆光電
子分光装置に使用する場合、単にこの検出系を試料傾斜
台に固定するだけで、検出のために特別な機械駆動を行
っていないため、オンライン測定が可能になる。
[Operation] According to the configuration of the detection system described above, the output signals of two photoelectric detectors equipped with filters having similar vacuum ultraviolet light transmission characteristics are constantly subtracted, and high-energy resolution spectroscopic measurements can be performed. It makes it possible. When this detection system is used in an inverse photoelectron spectrometer, online measurement is possible by simply fixing the detection system to a sample tilting table and no special mechanical drive is required for detection.

【0012】0012

【実施例】以下、この発明を好適実施例を例示する図面
に基づきより詳しく説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in more detail below with reference to the drawings illustrating preferred embodiments.

【0013】図1には、この発明に使用する検出器を模
式的に断面図にして示したものである。検出器本体10
は、導電性材料から成る円筒状の筒で、その内部には光
電面、主として表面に Cu−BeO またはこの C
u−BeOに仕事関数を低減させ光電放出を容易にする
物質、例えば KBrを蒸着した材料から成る導電性部
材の第一ダイノード16が配設されている。入射した光
がこの第一ダイノード16に当り、この光電面から光電
子が放出される。この電子は次段の電子増倍部18、こ
の例では電子増倍電極で増倍され、最終的にコレクタ2
0に到達する。コレクタに集められた電子は初段増幅器
PAによって増幅され、波形整形されて、図示していな
い次段の計数器に導入される。電子増倍用の電極には、
動作時に抵抗分割された順次値が小さくなく負の高圧電
圧(通常、最高値は数 kV )が高圧電源HTによっ
て印加されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a detector used in the present invention. Detector body 10
is a cylindrical tube made of conductive material, with a photocathode inside and a surface mainly covered with Cu-BeO or this C
A first dynode 16 is provided as a conductive member made of u-BeO deposited with a substance that reduces the work function and facilitates photoelectric emission, such as KBr. The incident light hits this first dynode 16, and photoelectrons are emitted from this photocathode. These electrons are multiplied by the next-stage electron multiplier 18, in this example an electron multiplier electrode, and finally sent to the collector 2.
Reach 0. The electrons collected in the collector are amplified by the first-stage amplifier PA, waveform-shaped, and introduced into a next-stage counter (not shown). Electrodes for electron multiplication include
During operation, a negative high voltage (normally, the maximum value is several kV) whose resistance is divided sequentially and whose value is not small is applied by the high voltage power supply HT.

【0014】検出すべき光は図示のように窓部分に相当
する静電シールドメッシュ12から入射し、光学フィル
タ14を通過して光電面16に達する。前記静電シール
ドメッシュ12は、外部の擾乱電界または浮遊電子等の
混入を防止するためにあり、光の透過を高めるために、
できる限り細い線材、例えばW線を使用する。フィルタ
14は通常イオン結晶、例えば LiF,  CaF2
, SrF2 が使用される。このフィルタ14は真空
紫外光のスペクトル範囲のうち高いエネルギ領域で急激
に低下する透過能を有する。このエネルギ限界は使用す
る光学フィルタ結晶中の励起子のエネルギ吸収端で決ま
る。低エネルギ領域での検出器の感度の低下は、光電面
の光電子放出能力の低下によるもので、総合的な検出強
度は図2に示すような感度特性を示す。例えば、検出器
D1の場合、相対検出強度は低エネルギから徐々に増加
し、あるエネルギ限界E1 で急激に低下する。
As shown in the figure, the light to be detected enters from the electrostatic shield mesh 12 corresponding to the window portion, passes through the optical filter 14 and reaches the photocathode 16. The electrostatic shield mesh 12 is provided to prevent external disturbance electric fields or stray electrons from entering, and to enhance light transmission.
Use the thinnest wire material possible, such as W wire. Filter 14 is typically an ionic crystal, such as LiF, CaF2
, SrF2 are used. This filter 14 has a transmittance that rapidly decreases in the high energy region of the vacuum ultraviolet light spectral range. This energy limit is determined by the exciton energy absorption edge in the optical filter crystal used. The decrease in the sensitivity of the detector in the low energy region is due to the decrease in the photoelectron emission ability of the photocathode, and the overall detection intensity exhibits sensitivity characteristics as shown in FIG. For example, for detector D1, the relative detection intensity increases gradually from low energy and drops sharply at a certain energy limit E1.

【0015】この発明によれば、図1に示した検出器を
2個使用し、その場合、両検出器には光学透過特性が互
いに僅かに異なるフィルタ14を使用する。即ち、図2
に示すような検出強度特性のフィルタ14を備えた二つ
の検出器を用いて、同一放射部分から放出された光を同
時に測定し、両方の出力信号をリアルタイムで直接、あ
るいは各検出器の出力信号を対応する各計数器中で積算
蓄積した所定の時間の後(詳しくは後で説明する)、両
出力信号を互いに減算して、その差から実質上エネルギ
E1 とE2 との間にある光の強度を検出している。 強度特性曲線CH1 とCH2 の間の僅かな相対強度
の相違(図2では説明の都合上極めて誇張して示してあ
る)は、曲線の形状が比較的良く似ているため、上記の
差からエネルギ帯域E1 とE2 との間に限定された
光量を、多くの場合、通常充分な精度で測定できる。し
かし、必要であれば電子的な処理で更に上記の相違を補
正することもできる。これに関しては後で更に説明を補
足する。
According to the present invention, two detectors shown in FIG. 1 are used, and in this case, filters 14 having optical transmission characteristics slightly different from each other are used for both detectors. That is, Figure 2
Using two detectors equipped with filters 14 with detection intensity characteristics as shown in FIG. After a predetermined period of time (details will be explained later) in each corresponding counter, the two output signals are subtracted from each other, and the difference is used to calculate the amount of light that is substantially between energies E1 and E2. Detecting intensity. The slight difference in relative intensities between the intensity characteristic curves CH1 and CH2 (exaggerated in FIG. 2 for convenience of explanation) is due to the relatively similar shape of the curves, and therefore the energy In many cases, a limited amount of light between bands E1 and E2 can usually be measured with sufficient accuracy. However, if necessary, the above differences can be further corrected by electronic processing. Further explanation regarding this will be provided later.

【0016】上に述べた検出方式を実際の逆光電子分光
で使用する場合、試料Sと入射電子の方向および主検出
方向nD を規定するため、入射電子の方向をz軸とし
、試料内で試料の傾斜軸に平行にx軸を設け、照射領域
Oを原点とする、図3のようなxyz直交座標系とrθ
φ球座標系を導入すると好都合である。この場合、試料
Sの傾斜角度をθ0 で指定する。
When the above-mentioned detection method is used in actual inverse photoelectron spectroscopy, in order to define the direction of the sample S and the incident electrons and the main detection direction nD, the direction of the incident electrons is taken as the z-axis, and the sample is The xyz orthogonal coordinate system as shown in Fig. 3, with the x axis parallel to the tilt axis of
It is convenient to introduce a φ-spherical coordinate system. In this case, the inclination angle of the sample S is designated by θ0.

【0017】この発明による第一実施例の真空紫外光検
出系は、図4に示すように、試料Sの照射領域Oに低速
電子Eが入射して発生した真空紫外光を二つの検出器D
1 とD2 を用いてそれぞれ互いに異なる主検出方位
nD1とnD2で同時に検出する方式のもので、両者の
フイルタの光学透過特性は異なっている。検出器D1 
とD2 は照射領域Oから放出された真空紫外光を直接
検知するもので、検出器の主検出方向は何れも照射領域
Oを指向している。
As shown in FIG. 4, the vacuum ultraviolet light detection system of the first embodiment of the present invention detects the vacuum ultraviolet light generated by low-velocity electrons E entering the irradiation area O of the sample S using two detectors D.
1 and D2 in which detection is performed simultaneously in different main detection directions nD1 and nD2, respectively, and the optical transmission characteristics of the two filters are different. Detector D1
and D2 directly detect the vacuum ultraviolet light emitted from the irradiation area O, and the main detection directions of the detectors are both directed toward the irradiation area O.

【0018】また、検出すべき真空紫外光をできる限り
多く集光するため、主検出方向nD1とnD2の回りで
出来る限り大きい立体角、即ち検出窓の実効上広い検出
器D1 とD2 を使用し、試料Sと各検出器D1 と
D2 との間の間隔をできる限り狭くすることが望まし
い。
Furthermore, in order to collect as much vacuum ultraviolet light as possible to be detected, detectors D1 and D2 are used that have as large a solid angle as possible around the main detection directions nD1 and nD2, that is, the detection windows are effectively wide. , it is desirable to make the spacing between the sample S and each of the detectors D1 and D2 as narrow as possible.

【0019】更に、両検出器D1 とD2 に入射する
光量をほぼ等しくするため、電子線Eと試料Sに対して
両検出器D1 とD2 を互いに対称に配設すると有利
である。 即ち、両検出器D1,D2 の主検出方向nD1, n
D2および方位角φ1,φ2 を互いに等しくし、両者
の検出立体角をφおよびθ方向に関してそれぞれ等しく
すると、特に有利である。
Furthermore, it is advantageous to arrange the detectors D1 and D2 symmetrically with respect to the electron beam E and the sample S in order to make the amounts of light incident on both the detectors D1 and D2 approximately equal. That is, the main detection directions nD1, n of both detectors D1, D2
It is particularly advantageous if D2 and the azimuthal angles φ1, φ2 are equal to each other and their detection solid angles are respectively equal in the φ and θ directions.

【0020】図5には、この発明の第二実施例による逆
光電子分光装置の検出系の模式図が示してある。この場
合には、複雑さを避けるため、二つの検出器の一方のみ
を示す。図5のAでは、電子線が入射する方向から眺め
た検出系を、また図5のBでは図3でx軸方向から眺め
た側面図を示すものある。両方の図から判るように、こ
の実施例では主検出方向nD に出射した光を一旦集光
作用を有する鏡Mで受け、検出器Dの方向に反射させて
集光させるている。鏡Mの表面材料は通常真空紫外光に
対して純金属、例えば金、アルミニューム等が使用され
る。場合によっては、金属表面を化学的および光学的に
安定にするため、光透過能の高いイオン結晶を付着させ
ることもある。
FIG. 5 shows a schematic diagram of a detection system of a reverse photoelectron spectroscopy apparatus according to a second embodiment of the present invention. In this case, only one of the two detectors is shown to avoid complexity. 5A shows the detection system viewed from the direction in which the electron beam is incident, and FIG. 5B shows a side view of FIG. 3 viewed from the x-axis direction. As can be seen from both figures, in this embodiment, the light emitted in the main detection direction nD is once received by a mirror M having a condensing function, and then reflected in the direction of the detector D and condensed. The surface material of the mirror M is usually a pure metal such as gold or aluminum for vacuum ultraviolet light. In some cases, ionic crystals with high light transmittance may be attached to the metal surface to make it chemically and optically stable.

【0021】図5の方式の検出系の利点は、球面,楕円
面あるいはその他の曲面から成る反射鏡の焦点距離を適
当に選定して反射光を試料表面から離れた所望箇所に設
置された検出器Dに集光させることができる点にある。 それ故、試料表面上の作業空間が広く、必要とする他の
表面評価分析、例えば RHEED, LEED, A
UGER, ESCA, XPS等の分析を併合させる
複合測定を行う場合、特に有利である。なお、この分析
方式の光学系では、光の放出方向を規制して測定するた
め、鏡Mの前に所定の開口角を有する絞り板Apが備え
てある。即ち、φ方向の開き角2Δφ(図5A)および
θ方向の開き角2Δθ(図5B)は、この絞り板Apの
開口の大きさと、試料Sまでの距離とによって定まり、
その立体角は4ΔφΔθで与えられる。更に、図4に示
した第一実施例の場合と同じ様に、図5の二つの検出器
の主検出方向はyz面に対して対称な位置に配置され、
θおよびφ方向の検出開き角が同じであると有利である
The advantage of the detection system of the method shown in FIG. 5 is that the focal length of the reflecting mirror made of a spherical, ellipsoidal or other curved surface is appropriately selected so that the reflected light can be detected at a desired location away from the sample surface. The point is that the light can be focused on vessel D. Therefore, the working space above the sample surface is large and requires other surface evaluation analyses, such as RHEED, LEED, A
This is particularly advantageous when performing composite measurements that combine analyzes such as UGER, ESCA, XPS, etc. In addition, in the optical system of this analysis method, a diaphragm plate Ap having a predetermined aperture angle is provided in front of the mirror M in order to regulate and measure the direction of light emission. That is, the opening angle 2Δφ in the φ direction (FIG. 5A) and the opening angle 2Δθ in the θ direction (FIG. 5B) are determined by the size of the aperture of the aperture plate Ap and the distance to the sample S.
Its solid angle is given by 4ΔφΔθ. Furthermore, as in the case of the first embodiment shown in FIG. 4, the main detection directions of the two detectors in FIG. 5 are arranged at symmetrical positions with respect to the yz plane,
It is advantageous if the detection opening angles in the θ and φ directions are the same.

【0022】次に、この発明による検出系で得られた検
出信号の処理に付いて図6を基に説明する。
Next, processing of the detection signal obtained by the detection system according to the present invention will be explained based on FIG. 6.

【0023】この発明による検出系DSYは、既に上で
説明したように、二つの検出器D1,D2 の増倍電流
をそれぞれ付属する初段増幅器PA1,PA2 によっ
て波形整形して計数パルスとなし、計数器CT1,CT
2 に導入する。各計数器CT1,CT2 は入力した
パルスを計数して、両方の計数値をデジタル信号にして
差形成器DFに導入する。差形成器DFは、両方の計数
値の差、あるいは所定の補正を施した計数値の差(詳し
くは後に説明する)を高エネルギ分解能の検出信号に相
当するデジタル出力信号として主演算装置MPに受け渡
す。計数期間は主演算装置MP中に予め収めたプログラ
ムに従って、計数を開始させるセット信号と所定時間の
後に計数を中止させるリセット信号とを主演算装置MP
からバス結線(図中に暗示的にのみ示す)を介して各計
数器CT1,CT2 に供給して決める。
As already explained above, the detection system DSY according to the present invention shapes the multiplication currents of the two detectors D1 and D2 into counting pulses by the attached first-stage amplifiers PA1 and PA2, respectively, and performs counting. CT1, CT
2 will be introduced. Each counter CT1, CT2 counts the input pulses and converts both counts into digital signals and introduces them into the difference former DF. The difference former DF outputs the difference between both count values or the difference between the count values after predetermined correction (details will be explained later) to the main processing unit MP as a digital output signal corresponding to a detection signal with high energy resolution. Hand over. During the counting period, the main processing unit MP sends a set signal to start counting and a reset signal to stop counting after a predetermined time according to a program stored in the main processing unit MP in advance.
is supplied to each counter CT1, CT2 via a bus connection (only implicitly shown in the figure).

【0024】主演算装置MPは入出力信号を授受するた
めのインターフェース、ROM,RAM等からなる記憶
ユニット、マイクロプロセッサ、各ユニット間のデータ
授受のためのデータバス結線、所要電源等(何れも詳細
を図示せず)を含む。この演算装置MPには、上記の検
出出力信号の計数以外に、検出された測定条件を表す他
のパラメータ、例えば試料傾斜角度θ0,入射電子エネ
ルギVE,試料の温度Tp が導入される。その外、補
助パラメータAUX1 の入力信号や、データ処理用の
プログラムを指定するために装備されたキーボードKB
からの入力信号も導入される。真空紫外光の検出信号は
この主演算装置MP中で所定のプログラムに従ってデー
タ処理され、それ等の結果は画像表示ユニットCRT及
び/又はデータプロッタないしはプリンタに出力される
。また、主演算装置MPは実験条件、例えば入射電子エ
ネルギ、照射電流、試料加熱、試料傾斜等を指定する出
力信号も出力端EM,AUX2等を介して所定の駆動回
路(図示せず)に供給される。
The main processing unit MP includes an interface for transmitting and receiving input/output signals, a storage unit consisting of ROM, RAM, etc., a microprocessor, a data bus connection for transmitting and receiving data between each unit, required power supply, etc. (not shown). In addition to counting the above-mentioned detection output signals, other parameters representing the detected measurement conditions, such as the sample inclination angle θ0, the incident electron energy VE, and the sample temperature Tp, are introduced into the arithmetic unit MP. In addition, the keyboard KB is equipped to specify the input signal of the auxiliary parameter AUX1 and the program for data processing.
An input signal from is also introduced. The vacuum ultraviolet light detection signal is data-processed in this main processing unit MP according to a predetermined program, and the results are output to an image display unit CRT and/or a data plotter or printer. The main processing unit MP also supplies output signals specifying experimental conditions, such as incident electron energy, irradiation current, sample heating, and sample tilt, to a predetermined drive circuit (not shown) via output terminals EM, AUX2, etc. be done.

【0025】ここで、上に述べた差形成器Dの演算処理
で両方の計数器CT1,CT2 の計数値に補正を施す
場合の説明を補足する。即ち、図2で示した二種のフィ
ルタ14の検出強度に僅かに相違があることを説明した
。その他、最終的な検出強度としてパルス計数値に生じ
る誤差として、検出器の機械的な設置条件、あるいは電
気的な設定条件に誤差が予想される。これ等の原因によ
る相対検出強度の誤差が無視できるほど少ないのであれ
ば、両方のパルス計数値をそのまま引き算して充分であ
る。 しかし、これ等の誤差が無視できない場合には、出力さ
れた計数パルスの計数値に補正を加える必要がある。そ
の場合、計数器CT1,CT2 の一方または両方と差
形成器DFとの間に一定係数を乗算するデジタル乗算回
路(図示せず)を設ける必要がある。前記一定計数は、
例えば既知エネルギの真空紫外光を放出する基準試料を
実際の分光装置に装備して実験的に決めることができる
[0025] Here, a supplementary explanation will be given of the case where the count values of both counters CT1 and CT2 are corrected by the arithmetic processing of the difference former D described above. That is, it has been explained that there is a slight difference in the detection strength of the two types of filters 14 shown in FIG. In addition, errors in the mechanical installation conditions or electrical setting conditions of the detector are expected to occur as errors in the pulse count value as the final detection intensity. If the error in relative detection intensity due to these causes is so small that it can be ignored, it is sufficient to directly subtract both pulse count values. However, if these errors cannot be ignored, it is necessary to correct the count value of the output count pulse. In that case, it is necessary to provide a digital multiplication circuit (not shown) for multiplying by a constant coefficient between one or both of the counters CT1 and CT2 and the difference generator DF. The constant count is
For example, it can be determined experimentally by equipping an actual spectrometer with a reference sample that emits vacuum ultraviolet light of known energy.

【0026】この発明による検出方法では、各検出器の
真空紫外光の取込み立体角が大きいため、両計数器CT
1,CT2 の計数期間は、一般的にかなり短く、オン
ラインで計数および差形成を実行できる。しかしながら
、エンネルギ分解能を上げたり、放出される光強度が微
弱な場合には、統計変動を避けるため計数期間を長くし
、特定の計数値に達するまでパルス数を積算する必要が
ある。この場合には、主演算装置MP中の記憶ユニット
中に計数値を一旦収納し、必要に応じてこのユニットか
ら計数値を取り出して演算処理すると有利である。
In the detection method according to the present invention, since the solid angle of the vacuum ultraviolet light taken in by each detector is large, both counters CT
The counting period of 1,CT2 is generally quite short and counting and difference formation can be performed on-line. However, when increasing the energy resolution or when the emitted light intensity is weak, it is necessary to lengthen the counting period and integrate the number of pulses until a specific count value is reached in order to avoid statistical fluctuations. In this case, it is advantageous to temporarily store the counted value in a storage unit in the main processing unit MP, and take out the counted value from this unit and process it as necessary.

【0027】最後に、上に説明した各図で混乱を避ける
ため、実際には必要な多くの部材を図示することが省略
されている。例えば、図1の検出器の構造で、フィルタ
14の支持部材、あるいは光電面である第一ダイノード
16、電子増倍電極18の支持部材等は一切図面に記入
すことを省略した。これ等は、それ自体公知で、当業者
には容易に想達できるものである。
Finally, in the figures described above, in order to avoid confusion, many elements that are actually necessary have been omitted from the drawings. For example, in the structure of the detector shown in FIG. 1, the support members for the filter 14, the first dynode 16 which is the photocathode, the support members for the electron multiplier electrode 18, etc. are omitted from the drawing. These are known per se and can be easily conceived by those skilled in the art.

【0028】しかしながら、図示した構成以外に種々の
変形を考えることができる。例えば、図1の検出器でフ
ィルタ14を静電シールドメッシュ12の前に置くこと
もできる、もちろん、その場合には、迷走光が検出器の
窓、即ち静電シールドメッシュ12内に混入を防止する
遮蔽手段を設ける必要がある。更に、検出器本体10は
導電性材料を使用し、真空内でガス放出の少ない材料を
吟味することが大切である。その他、電子増倍電極18
に加わる浮遊磁界を防止するため、この本体10を磁気
焼鈍したパーマロイ等で形成すると、特に有利である。 電子増倍部18を多段電極でなく、二次電子放出能の大
きいセラッミクス材料で形成したチャンネル・プレート
等を用いて形成することもできる。また、場合によって
は、光電変換部、即ち光電面16と電子増倍部18をガ
イガーミューラー管で形成してもよい。
However, various modifications other than the configuration shown can be considered. For example, the filter 14 could be placed in front of the electrostatic shielding mesh 12 in the detector of FIG. It is necessary to provide shielding means. Furthermore, it is important to use a conductive material for the detector body 10 and to select a material that releases less gas in a vacuum. Others, electron multiplier electrode 18
It is particularly advantageous if the body 10 is made of magnetically annealed permalloy or the like in order to prevent stray magnetic fields from acting on the body. The electron multiplier 18 can also be formed using a channel plate or the like made of a ceramic material with a high secondary electron emission ability, instead of a multi-stage electrode. Further, depending on the case, the photoelectric conversion section, that is, the photocathode 16 and the electron multiplier section 18 may be formed by a Geiger-Mueller tube.

【0029】何れにしても、これ等の可能な変形は特許
請求の範囲の請求項に規定した構成を満たすものであれ
ば、全てこの発明の範疇に属することは言うまでもない
。主に逆光電子分光装置に関して説明したが、この発明
による検出方法は、例えば偏光分析型逆光電子分光装置
、偏極電子ビームを用いる逆光電子分光装置あるいは試
料が固体ではなく、液体、気体である対象物からの真空
紫外光の分光にも、極めて効果的に適用できることは言
うまでもない。
In any case, it goes without saying that all of these possible modifications fall within the scope of the present invention as long as they satisfy the configurations defined in the claims. Although the description has mainly been made regarding an inverse photoelectron spectrometer, the detection method according to the present invention can be applied to, for example, a polarization analysis type inverse photoelectron spectrometer, an inverse photoelectron spectrometer using a polarized electron beam, or an object where the sample is not a solid but a liquid or a gas. Needless to say, it can be applied extremely effectively to spectroscopy of vacuum ultraviolet light from objects.

【0030】[0030]

【発明の効果】この発明による真空紫外光の検出系は高
いエネルギ分解能(約0.1〜 0.2 eV)の分光
測定を保証する。しかも、構造が簡単で、機械的可動調
節部を不要とし、受光強度が強いため、検出出力信号を
、必要とあれば、常時オンラインでデータ処理できる。 従って、ここに提唱する検出系を逆光電子分光装置に装
備すると、付属する機械的な機構を著しく簡素にし、電
気的な処理も単純化しながら、高い精度で再現性の高い
分光測定を可能にする。
ADVANTAGEOUS EFFECTS OF THE INVENTION The vacuum ultraviolet light detection system according to the present invention ensures spectroscopic measurements with high energy resolution (approximately 0.1 to 0.2 eV). Moreover, since the structure is simple, no mechanical movable adjustment part is required, and the light receiving intensity is strong, the detection output signal can be processed online at all times if necessary. Therefore, by equipping an inverse photoelectron spectrometer with the detection system proposed here, it will significantly simplify the attached mechanical mechanism and simplify electrical processing, making it possible to perform spectroscopic measurements with high precision and high reproducibility. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明に使用する検出器の模式断面図である
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a detector used in the present invention.

【図2】使用する二種の検出器の相対検出強度を極端に
誇張して示した特性曲線図である。
FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing extremely exaggerated relative detection intensities of two types of detectors used.

【図3】試料、入射電子および検出方向の相互関係を指
定するための幾何学パラメータを定義する配置図である
FIG. 3 is a layout diagram that defines geometric parameters for specifying the interrelationship of the sample, incident electrons, and detection direction.

【図4】励起光を直接検出器で捕捉するこの発明による
第一実施例の逆光電子分光装置の模式斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view of a first embodiment of the inverse photoelectron spectroscopy apparatus according to the present invention, in which excitation light is directly captured by a detector.

【図5】励起光を反射集束光学系を用いて捕捉するこの
発明による第二実施例の逆光電子分光装置の模式平面図
(A)と側面図(B)である。但し、煩雑さ避けるため
、一方の検出器のみ図示してある。
FIG. 5 is a schematic plan view (A) and side view (B) of a second embodiment of the inverse photoelectron spectroscopy apparatus according to the present invention, in which excitation light is captured using a reflective focusing optical system. However, to avoid complexity, only one detector is shown.

【図6】この発明による検出光信号の演算処理とその他
のデータ処理を示すブロック回路図である。
FIG. 6 is a block circuit diagram showing arithmetic processing of a detection optical signal and other data processing according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10      検出器本体 12      静電シールドメッシュ14     
 フィルタ 16      第一ダイノード 18      電子増倍段 20      コレクタ HT      負高圧電源 PA,PA1,PA2   初段増幅器E1,E2  
 吸収エネルギ端 S        試料 E        入射電子線 θ0       試料傾斜角度 D,D1,D2   検出器 M        反射集束鏡 Ap      アパーチャ DF      差形成器 DSY    検出系 MP      主演算処理部
10 Detector body 12 Electrostatic shield mesh 14
Filter 16 First dynode 18 Electron multiplication stage 20 Collector HT Negative high voltage power supply PA, PA1, PA2 First stage amplifier E1, E2
Absorption energy edge S Sample E Incident electron beam θ0 Sample inclination angle D, D1, D2 Detector M Reflection focusing mirror Ap Aperture DF Difference former DSY Detection system MP Main processing unit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  発光源から放出される真空紫外光を受
光し、受光量を電気出力信号に変換し、真空紫外光を高
いエネルギ分解能で検出できる検出方法において、−前
記発光源に対して光電特性の等しい少なくとも2個の検
出器を指向させ、 −前記検出器の各々は真空紫外光を光電変換と電子増倍
によって電気信号に変換する一つの検出部と、この検出
部の前に設置した一個の光学フィルタとで形成され、−
前記光学フィルタの光透過能は入射光のエネルギがある
限界エネルギ以上で急激に減衰し、この限界エネルギ以
下で充分高く、 −上記限界エネルギは各検出器で僅かに異なり、−前記
検出部より出力される電気信号をパスル信号に変換し、
変換したパルス信号を計数し、両方の計数器のパルス計
数値を互いに減算し、 −対応する二つの検出器の限界エネルギの差を測定時の
エネルギ分解能と見做し、減算されたパルス計数値の差
を真空紫外光の光量に相当する量とする、ことを特徴と
する検出方法。
1. A detection method capable of detecting vacuum ultraviolet light with high energy resolution by receiving vacuum ultraviolet light emitted from a light emitting source and converting the amount of received light into an electrical output signal, comprising: at least two detectors having the same characteristics are directed, - each of said detectors has one detection section for converting vacuum ultraviolet light into an electrical signal by photoelectric conversion and electron multiplication, and is installed in front of this detection section; Formed with one optical filter, -
The light transmission ability of the optical filter is sharply attenuated when the energy of the incident light exceeds a certain critical energy, and is sufficiently high below this critical energy, - the critical energy differs slightly for each detector, and - the output from the detection section converts the electrical signal into a pulse signal,
Count the converted pulse signals, subtract the pulse count values of both counters from each other, - consider the difference between the limit energies of the two corresponding detectors as the energy resolution during measurement, and calculate the subtracted pulse count value. A detection method characterized in that the difference between the two is determined to be an amount equivalent to the amount of vacuum ultraviolet light.
【請求項2】  前記二つの限界エネルギ間の差は 0
.2 eV 以下である請求項1の検出方法。
[Claim 2] The difference between the two limit energies is 0.
.. 2. The detection method according to claim 1, wherein the voltage is 2 eV or less.
【請求項3】  前記二個の検出器の検出特性の相違を
補償するため、一方の検出器でパルス数を計数した計数
値に所定の係数を乗算した後、両計数値を互いに減算す
る請求項1または2の検出方法。
[Claim 3] In order to compensate for the difference in detection characteristics of the two detectors, a count value obtained by counting the number of pulses by one detector is multiplied by a predetermined coefficient, and then both count values are subtracted from each other. Detection method in item 1 or 2.
【請求項4】  試料に低速電子線を入射させ、請求項
1〜3の何れか1項に記載した検出方法を実行できる二
個の検出器を試料の発光領域に直接指向させ、主検出方
向の回りの立体角を互いに等しく、しかも検出範囲が互
いに重ならない配置にして真空紫外光を直接検出するこ
とを特徴とする特にBIS型測定法に基づく逆光電子分
光装置。
4. A low-velocity electron beam is made incident on the sample, and two detectors capable of performing the detection method according to any one of claims 1 to 3 are directed directly to the light emitting region of the sample, and the main detection direction is In particular, an inverse photoelectron spectrometer based on a BIS type measurement method is characterized in that it directly detects vacuum ultraviolet light by arranging the solid angles around the two to be equal and the detection ranges not overlapping each other.
【請求項5】  試料に低速電子線を入射させ、請求項
1〜3の何れか1項に記載した検出方法を実行できる二
個の検出器を用い試料から放出された光をそれぞれ付属
する一個の反射集束用鏡で一旦反射させ、反射した光を
互いに重ならない位置に集束させ、各集束点の近傍に前
記二個の検出器を設置し、その場合主検出方向の回りの
立体角を互いに等しく、しかも検出範囲が互いに重なら
ない配置にし、真空紫外光を間接的に検出することを特
徴とする特にBIS型測定法に基づく逆光電子分光装置
5. A low-velocity electron beam is incident on the sample, and two detectors capable of carrying out the detection method according to any one of claims 1 to 3 are used to detect the light emitted from the sample. The two detectors are installed near each focusing point, and the solid angles around the main detection direction are adjusted to each other. A reverse photoelectron spectroscopy device based on a BIS type measurement method, characterized in that the detection ranges are arranged equally and do not overlap each other, and vacuum ultraviolet light is indirectly detected.
【請求項6】  前記二つの検出器は試料法線と電子線
の入射方向を含む面に対して互いに対称に配設されてい
る請求項4または5の逆光電子分光装置。
6. The inverse photoelectron spectroscopy apparatus according to claim 4, wherein the two detectors are arranged symmetrically with respect to a plane including the sample normal and the incident direction of the electron beam.
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