JPH05215698A

JPH05215698A - 結晶構造解析方法及び装置

Info

Publication number: JPH05215698A
Application number: JP1772292A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Hirano; 辰己平野; Katsuhisa Usami; 勝久宇佐美
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1993-08-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ラウエ斑点群から回折Ｘ線の波長を簡単に推
定できる方法を提供する。【構成】試料６に照射するＸ線を一旦全反射鏡４によ
り反射させて試料に照射し、全反射鏡４のＸ線の入射角
を小から大に変化させながらラウエ斑点群を順次記録
し、該記録した入射角ごとのラウエ斑点群に基づき、着
目したラウエ斑点が消滅する入射角を求め、全反射鏡の
反射率が急激に低下するＸ線の入射角と波長との関係
（図２）に基づきラウエ斑点が消滅した前記入射角に対
応する波長を求め、該求めた波長を当該ラウエ斑点に係
る回折Ｘ線の波長として同定する。回折Ｘ線の波長λが
わかれば、周知の解析手順によってラウエ斑点群を解析
して結晶方位や構造を同定することができる。入射角の
調整は、入射Ｘ線に対する全反射鏡４の反射面の傾転角
度を可変する機構により、又はＸ線源１から出射するＸ
線の出射角度を可変することにより実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばセラミック材や
耐熱高強度材等の試料の全体又は一部に単結晶が存在す
る試料の結晶方位等の結晶構造をラウエ回折法により解
析する結晶構造解析方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料の単結晶部位の結晶方位や結晶構造
を調べる手法として、一般に用いられているのがラウエ
法である。この方法は、試料に白色Ｘ線を照射し、結晶
の各格子面により回折されたＸ線をフィルムなどの検出
手段に結像させ、これにより得られたラウエ斑点群から
回折に寄与した格子の面指数を解析することにより、結
晶方位や構造を求めるものである。

【０００３】結晶によるＸ線の回折原理を図２を用いて
説明する。結晶の逆格子空間上の原点０に入射するＸ線
は、エワルド球Ｅと交差する逆格子点Ｇの方向に回折さ
れる。このエワルド球の半径ｒは、入射するＸ線の波長
λの逆数に等しい。このときの回折条件は、数１に示す
ブラックの式で表される。

【０００４】

【数１】ｎλ＝２ｄ・ｓｉｎθ λ：Ｘ線の波長（Å） θ：回折角（ｒａｄ）ｄ：格子面間隔（Å）ｎ：自然数試料に入射するＸ線が白色光の場合、エワルド球の半径
ｒは連続的に変化することになる。そのため、白色Ｘ線
を用いると、各格子点に対応したラウエ斑点群が得られ
ることになる。そこで、従来は、ラウエ斑点群を測定す
るために、図３に示すような装置が用いられている。す
なわち、Ｘ線源１から白色Ｘ線２をスリット５あるいは
コリメータにより成形し、成形した白色Ｘ線２をゴニヨ
ーメータヘッド１１上の試料６に入射させ、試料６から
の回折Ｘ線７を２次元検出器であるフィルム８に結像さ
せてラウエ斑点群を得る。このようにして得られたラウ
エ斑点群を解析し、試料の単結晶の結晶方位と構造を求
める。また、ラウエ斑点群の検出器としては、フィルム
８の代わりに、入射Ｘ線の波長の分析が可能な位置感応
型比例計数管又は走査型半導体検出器（ＳＳＤ）等が用
いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
のうち、フィルムに記録されたラウエ斑点群を解析する
場合、回折角θは簡単な方法で精度よく決定できるが、
回折Ｘ線の波長λは不明であるから、数１の格子面間隔
ｄを一意的に求めることはできない。そこで、従来、フ
ィルムを検出手段とした場合の解析手法としては、フィ
ルム上に記録されたラウエ斑点群を、グレニンジャー
（Ｇｒｅｎｉｎｇｅｒ）法等により、ウルフ（Ｗｕｌｆ
ｆ）ネット上にプロットし、これから晶帯軸を見つける
ことにより、各ラウエ斑点群の面指数を同定する手法が
よく用いられている。しかし、この手法は解析が複雑で
あるという問題がある。

【０００６】一方、ラウエ斑点群の検出手段として、位
置感応型比例計数管又は走査型半導体検出器（ＳＳＤ）
を用いた場合は、回折Ｘ線の波長λは測定できるが、正
確な回折角度θを求めることができないという問題があ
る。しかも、走査型半導体検出器（ＳＳＤ）の場合は、
検出器自体の小型化が困難であり、特に２次元走査をす
る必要があるため、装置が複雑になり大型化してしまう
という問題もある。また、位置感応型比例計数管の場合
は回折Ｘ線の入射位置の分解能が不十分であるという問
題もある。

【０００７】本発明の目的は、上記従来の問題点を解決
することにあり、言い換えれば、ラウエ斑点群から回折
Ｘ線の波長を簡単に推定できる結晶方位測定方法及び装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の結晶構造解析方法は、試料に照射するＸ線
を一旦全反射鏡により反射させて試料に照射し、前記全
反射鏡のＸ線の入射角を小から大に変化させながらラウ
エ斑点群を順次記録し、該記録した入射角ごとのラウエ
斑点群に基づき、着目したラウエ斑点が消滅する入射角
を求め、前記全反射鏡の反射率が急激に低下するＸ線の
入射角と波長との関係に基づきラウエ斑点が消滅した前
記入射角に対応する波長を求め、該求めた波長を当該ラ
ウエ斑点に係る回折Ｘ線の波長として同定することを特
徴とする。

【０００９】また、上記本発明方法を実現する本発明の
結晶構造解析装置は、Ｘ線源と、該Ｘ線源から出射され
るＸ線を入射する全反射鏡と、該全反射鏡から出射する
Ｘ線を照射する試料を保持する試料保持機構と、該試料
から出射するＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記全反
射鏡に入射するＸ線の入射角を変化させる入射角調整機
構とを具備してなるものである。

【００１０】

【作用】このように構成することにより、本発明によれ
ば次の作用により上記目的が達成される。

【００１１】まず、本発明の特徴にかかる原理を説明す
る。全反射鏡により反射されるＸ線の反射率は、全反射
鏡に入射するＸ線の入射角φとその波長λに依存する。
その反射特性の一例を図４に示す。図４は、反射面を白
金を用いて形成した場合の例であり、横軸が入射角φ、
縦軸が反射率Ｒである。各曲線（１）〜（５）は順にそ
れぞれ波長λ＝１．２４，０．８３，０．６２，０．５
０，０．４１Åに対応する。図から判るように、反射率
はある臨界角を越えると急激に低下する。そして、その
臨界角φｃは波長λと近似的に数２のように比例関係に
ある。

【００１２】

【数２】φｃ∝λ したがって、全反射鏡に入射するＸ線の入射角φを変化
させ、ラウエ斑点が消滅する入射角φｃを求めれば、数
２の関係に基づいて回折Ｘ線の波長λを類推することが
できる。このようにして波長λがわかれば、周知の解析
手順によってラウエ斑点群を解析して結晶方位や構造を
同定することができる。例えば、数１により、面格子間
隔ｄをある範囲で決定できるため、面指数の同定が簡便
となり、容易に結晶方位を解析することができる。

【００１３】また、前記入射角の調整機構は、入射Ｘ線
に対する全反射鏡の反射面の傾転角度を可変する機構に
より、又はＸ線源から出射するＸ線の出射角度を可変す
る機構により実現できる。

【００１４】また、全反射鏡のＸ線入射角を変えると、
全反射鏡からのＸ線の出射方向が変化し、試料のＸ線照
射位置がずれる。これを調整するため、試料保持機構に
保持された試料の位置を調整する試料位置調整機構と、
Ｘ線検出手段の位置を調整するＸ線検出手段位置調整機
構とを設け、入射角調整機構の入射角調整動作に合わせ
て試料の位置とＸ線検出手段の位置を調整することが好
ましい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１に、本発明を適用してなる一実施例の結晶構造解析
装置の構成図を示す。図示のように、Ｘ線源１から出射
された白色Ｘ線２はフィルタ３を通して全反射鏡４に入
射される。この全反射鏡４により反射された白色Ｘ線
は、スリット５を通って試料６に照射される。試料６に
より回折された回折Ｘ線７はＸ線検出手段としての２次
元検出器のフィルム８に結像され記録される。Ｘ線源１
には、高エネルギー物理学研究所放射光実験施設の放射
光を用いた。フィルタ３は回折に寄与しない長波長のＸ
線を除去するものである。スリット５は全反射鏡４によ
り反射されたＸ線の光束を成形して試料６に入射するよ
うにするものである。

【００１６】全反射鏡４の反射面は白金により形成さ
れ、その反射面と入射Ｘ線とのなす角度、すなわち入射
角φは、入射角調整機構９により反射面の傾転角度を可
変して調整できるようになっている。例えば、全反射鏡
４のＸ線入射点４ａを通り、Ｘ線入射軸に直交する軸周
りに全反射鏡４を回転可能に形成し、その回転角度を調
整することにより実現できる。

【００１７】スリット５は、スリット位置調整機構１０
に支持されており、これによりスリット５の位置が調整
されるようになっている。

【００１８】試料保持機構は、試料６に入射するＸ線の
照射角度及び位置を調整する周知のゴニヨーメータヘツ
ド１１により構成されている。このゴニヨーメータヘツ
ド１１は試料位置調整機構１２に支持されており、これ
により試料６の位置が調整されるようになっている。

【００１９】また、フィルム８には揮尽性フィルムが用
いられ、このフィルム８はＸ線検出手段位置調整機構１
３に支持されており、これによってフィルム８の位置が
調整されるようになっている。

【００２０】前記入射角調整機構９は制御部１４の指令
に応じて入射角φを変化させるようになっている。ま
た、制御部１４は入射角φの調整に合わせて変化するＸ
線の光路変化に応じて、スリット位置調整機構１０と試
料位置調整機構１２とＸ線検出手段位置調整機構１３を
制御して、スリット５と試料６とフィルム８の位置を調
整するようになっている。

【００２１】次に、このように構成される実施例装置を
用いて試料の結晶構造を分析する方法について説明す
る。Ｘ線源１から出射された白色Ｘ線２は、フィルタ３
を通る際に長波長成分が除去され、入射角調整機構９に
より所望の入射角に設定された全反射鏡４に入射する。
全反射鏡４では、図４に示したように、入射角よりも大
きな臨界角を持つ波長成分のＸ線が主に反射される。こ
の反射されたＸ線はスリット５を経て成形され、試料６
に入射する。このとき、入射角調整機構９により入射角
を変化させた場合、全反射鏡４からのＸ線の出射方向が
変化し、試料６のＸ線照射位置がずれるので、その補正
量を制御部１４で計算し、入射角に連動してスリット５
及び試料６の位置を各調整機構１０と１２により調整
し、試料６の同一位置にＸ線を照射する。

【００２２】このようにして、入射角φを小から大に変
化させながら、フィルム８上にラウエ斑点群を順次記録
する。そして、記録した入射角ごとのラウエ斑点群に基
づき、着目したラウエ斑点が消滅する入射角φを求め、
図４又は数２に示した全反射鏡の反射率Ｒが急激に低下
するＸ線の入射角の臨界角φｃと波長λとの関係に基づ
き、ラウエ斑点が消滅した入射角φに対応する波長λを
求め、これをその着目したラウエ斑点に係る回折Ｘ線の
波長として類推する。

【００２３】この類推手法を、図５〜図８に示したラウ
エ斑点群の具体例に基づいて説明する。それらの図は、
構造が既知であるシリコンＳｉ（１１１）の後方ラウエ
斑点群の回折像であり、白金コートの全反射鏡４に対す
る白色Ｘ線２の入射角φを、それぞれ１２分、１５分、
１９分、２３分に設定したときのラウエ斑点像の一部で
ある。フィルム８には揮尽性フィルムを用いた。

【００２４】図５〜図８から分かるように、入射角φが
高角度になるにつれて、ラウエ斑点数と回折強度が減少
している。また、高角度側で測定されるラウエ斑点は低
次数の面指数のものである。いま、図５に矢印で示した
ラウエ斑点に着目すると、この斑点は入射角φ＝１９分
の図７では消滅している。すなわち、この斑点に寄与す
る回折Ｘ線の臨界角φｃは１９分（５．５m ｒａｄ）で
ある。したがって、図４又は数２の関係から、その回折
Ｘ線の波長λを求めることができる。なお、図４の関係
から、白金コートの場合の数２は、次の数３により近似
できる。

【００２５】

【数３】φｃ＝７．４×１０（−３乗）（λ／Å）この数３により、上記ラウエ斑点の回折Ｘ線の波長λは
約０．７４Åであることを推定できる。

【００２６】また、その波長にシリコンの面指数（７７
９），（６６８），（７５７），（９７９）が対応す
る。これに、前記ラウエ斑点の回折角θ≒６．５度を考
慮すると、このラウエ斑点の指数は（９７９）であるこ
とが分かった。また、この指数は図５に示した通常の解
析手法による指数と一致する。また、面指数（ｈｋｌ）
から格子面間隔ｄは次の数４により求まる。

【００２７】

【数５】

【００２８】以上説明したように、本実施例によれば、
回折Ｘ線の波長を類推できるので、各ラウエ斑点の指数
を容易に同定することができ、それから格子面間隔を求
めることができる。

【００２９】また、Ｘ線検出手段として揮尽性フィルム
を使用したことから、ラウエ斑点像の読みだし、出力、
及びデータ処理が容易に行える。しかも、大面積のラウ
エ斑点像の観察が可能となる。

【００３０】また、回折に寄与しない長波長のＸ線をフ
ィルタ３により除去していることから、全反射鏡４の熱
負荷を軽減できる。

【００３１】ここで、図１実施例の変形例について説明
する。図１実施例に代えて、Ｘ線源１としてＸ線管球を
用い、Ｘ線検出手段としてＸ線撮像管を用いることがで
きる。この場合、例えば、試料のＳｉを薄片化し、透過
のラウエ斑点像を検出する。ラウエ斑点の指数同定は前
記手法により、回折強度に対する全反射鏡へのＸ線入射
角の依存性により求めた。Ｘ線撮像管は一種のＸ線用の
テレビカメラであることから、これによればラウエ斑点
像をその場で観察できる。

【００３２】したがって、本変形例によれば、回折強度
に対する全反射鏡へのＸ線入射角の依存性を迅速に求め
ることができる。また、全反射鏡４の傾転角を調整し、
所望の波長よりも長波長のＸ線を用いたラウエ斑点を、
試料に熱負荷や応力を加えたｉｎｓｉｔｕ状態で観察
できる。

【００３３】また、上記Ｘ線撮像管に代えて、回折Ｘ線
を蛍光板により可視光に変換した後、通常の可視光テレ
ビカメラで測定しても、上記と同様の測定解析ができ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料に照射するＸ線を一旦全反射鏡により反射させて試
料に照射し、前記全反射鏡のＸ線の入射角を小から大に
変化させながらラウエ斑点群を順次記録し、該記録した
入射角ごとのラウエ斑点群に基づき、着目したラウエ斑
点が消滅する入射角を求め、前記全反射鏡の反射率が急
激に低下するＸ線の入射角と波長との関係に基づきラウ
エ斑点が消滅した前記入射角に対応する波長を当該ラウ
エ斑点に係る回折Ｘ線の波長として同定するようにして
いることから、ラウエ斑点群から回折Ｘ線の波長を簡単
に推定できるという効果がある。これにより、ラウエ斑
点の指数付けが容易になり、結晶方位及び構造を簡便に
同定できるという効果がある。

【００３５】また、Ｘ線検出手段として、波長分析が可
能な検出器を用いる必要がないので、装置の小型化が可
能である。

【００３６】また、本発明の結晶構造解析装置によれ
ば、Ｘ線の光路上に全反射鏡を設け、全反射鏡に入射す
るＸ線の入射角を変化させる機構を設けることにより、
簡単に本発明方法を実現できる。また、全反射鏡を組み
込むだけでよいことから、既存の装置に簡単に適用でき
る。

【００３７】また、フィルタを設けて回折に寄与しない
長波長のＸ線を除去しているものによれば、外乱を除去
してＳ／Ｎ比のよい回折強度測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の結晶構造解析装置の全体構
成図である。

【図２】Ｘ線の回折作用を説明する図である。

【図３】ラウエ法による結晶方位測定方法を説明するた
めの従来例の測定装置の構成図である。

【図４】全反射鏡のＸ線入射角と反射率と波長との関係
を示す線図である。

【図５】入射角１２分の場合のＳｉ（１１１）のラウエ
斑点像の一例を示す図である。

【図６】入射角１５分の場合のＳｉ（１１１）のラウエ
斑点像の一例を示す図である。

【図７】入射角１９分の場合のＳｉ（１１１）のラウエ
斑点像の一例を示す図である。

【図８】入射角２３分の場合のＳｉ（１１１）のラウエ
斑点像の一例を示す図である。

【符号の説明】

１Ｘ線源３フィルタ４全反射鏡５スリット６試料７回折Ｘ線８フィルム１０スリット位置調整機構１１ゴニヨーメータヘッド１２試料位置調整機構１３Ｘ線検出手段位置調整機構１４制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料にＸ線を照射し、試料により回折さ
れたＸ線を結像させてラウエ斑点群を記録し、ラウエ斑
点に係る回折Ｘ線の波長と回折角とから前記試料の結晶
構造を解析する結晶構造解析方法において、試料に照射
するＸ線を一旦全反射鏡により反射させて試料に照射
し、前記全反射鏡のＸ線の入射角を小から大に変化させ
ながらラウエ斑点群を順次記録し、該記録した入射角ご
とのラウエ斑点群に基づき、着目したラウエ斑点が消滅
する入射角を求め、前記全反射鏡の反射率が急激に低下
するＸ線の入射角と波長との関係に基づきラウエ斑点が
消滅した前記入射角に対応する波長を求め、該求めた波
長を当該ラウエ斑点に係る回折Ｘ線の波長として同定す
ることを特徴とする結晶構造解析方法。
【請求項２】請求項１において、前記全反射鏡の反射
面が白金を用いて形成されたことを特徴とする結晶構造
解析方法。
【請求項３】請求項１において、前記ラウエ斑点群の
記録を、揮尽性フィルムに行うことを特徴とする結晶構
造解析方法。
【請求項４】請求項１において、前記ラウエ斑点群の
記録を、Ｘ線撮像管を用いて行うことを特徴とする結晶
構造解析方法。
【請求項５】請求項１において、前記ラウエ斑点群の
記録を、回折Ｘ線を蛍光板により可視光に変換したした
後、可視光のテレビカメラで撮像することを特徴とする
結晶構造解析方法。
【請求項６】Ｘ線源と、該Ｘ線源から出射されるＸ線
を入射する全反射鏡と、該全反射鏡から出射するＸ線を
照射する試料を保持する試料保持機構と、該試料から出
射するＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記全反射鏡に
入射するＸ線の入射角を変化させる入射角調整機構とを
具備してなる結晶構造解析装置。
【請求項７】請求項６において、前記入射角調整機構
が、入射Ｘ線に対する前記全反射鏡の反射面の傾転角度
を可変する機構であることを特徴とする結晶構造解析装
置。
【請求項８】請求項６において、前記入射角調整機構
が、前記Ｘ線源から出射するＸ線の出射角度を可変する
機構であることを特徴とする結晶構造解析装置。
【請求項９】請求項６において、前記全反射鏡の反射
面が白金を用いて形成されたことを特徴とする結晶構造
分析装置。
【請求項１０】請求項６，７，８のいずれかにおい
て、前記試料保持機構に保持された試料の位置を調整す
る試料位置調整機構と、前記Ｘ線検出手段の位置を調整
するＸ線検出手段位置調整機構とを設け、前記入射角調
整機構の入射角調整動作に合わせて前記試料の位置とＸ
線検出手段の位置を調整することを特徴とする結晶構造
解析装置。
【請求項１１】請求項６，７，８，９，１０のいずれ
かにおいて、前記Ｘ線源と前記全反射鏡との間のＸ線の
経路に回折に寄与しない長波長Ｘ線を除去するフィルタ
を設け、前記全反射鏡と前記試料との間のＸ線の経路に
Ｘ線束を成形するスリットを設けたことを特徴とする結
晶構造解析装置。