JPH0620636A - イオン散乱分光装置 - Google Patents
イオン散乱分光装置Info
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- JPH0620636A JPH0620636A JP4173351A JP17335192A JPH0620636A JP H0620636 A JPH0620636 A JP H0620636A JP 4173351 A JP4173351 A JP 4173351A JP 17335192 A JP17335192 A JP 17335192A JP H0620636 A JPH0620636 A JP H0620636A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 照射用のイオン材料を交換を要することなく
目的とするイオン散乱スペクトルを得ることのできる飛
行時間形イオン散乱分光装置を提供すること 【構成】 イオン源４と、イオン源４からのイオンビー
ム６が照射される試料１と、試料からの散乱イオンビー
ム７を検出する検出器１０と、照射イオンビーム６と散
乱イオンビームの時間差を求める手段１２とからなり、
前記イオン源４は異なった質量のイオンが混合してなる
イオンビーム６を発生することによって飛行時間形イオ
ン散乱分光装置を構成し、従来それぞれ単独のイオン源
を交換して複数回の測定によって得られているイオン散
乱スペクトルを一回の測定で得ることができる。
目的とするイオン散乱スペクトルを得ることのできる飛
行時間形イオン散乱分光装置を提供すること 【構成】 イオン源４と、イオン源４からのイオンビー
ム６が照射される試料１と、試料からの散乱イオンビー
ム７を検出する検出器１０と、照射イオンビーム６と散
乱イオンビームの時間差を求める手段１２とからなり、
前記イオン源４は異なった質量のイオンが混合してなる
イオンビーム６を発生することによって飛行時間形イオ
ン散乱分光装置を構成し、従来それぞれ単独のイオン源
を交換して複数回の測定によって得られているイオン散
乱スペクトルを一回の測定で得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体表面の元素分析や
構造解析を行う飛行時間形イオン散乱分光装置に関する
ものである。
構造解析を行う飛行時間形イオン散乱分光装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】運動エネルギーが一定のイオンビームを
固体表面に照射し、固体表面あるいは内部で散乱を受け
て、ある方向の小さな立体角中に散乱されてくるイオン
の運動エネルギースペクトルを測定するイオン散乱分光
（ＩＳＳ：Ｉｏｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ）が知られている。
固体表面に照射し、固体表面あるいは内部で散乱を受け
て、ある方向の小さな立体角中に散乱されてくるイオン
の運動エネルギースペクトルを測定するイオン散乱分光
（ＩＳＳ：Ｉｏｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ）が知られている。
【０００３】また、前記イオン散乱分光において、散乱
粒子のエネルギー測定の方法として飛行時間法（ＴＯＦ
法：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｔｅ Ｍｅｔｈｏｄ）を用
いるものが知られている。図７は従来の飛行時間形のイ
オン散乱分光装置の構成図である。図において、４１は
試料、４２はゲート、４３はフライトチューブ、４０は
検出器、４６は入射イオンビーム、４７は散乱イオンビ
ームである。
粒子のエネルギー測定の方法として飛行時間法（ＴＯＦ
法：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｔｅ Ｍｅｔｈｏｄ）を用
いるものが知られている。図７は従来の飛行時間形のイ
オン散乱分光装置の構成図である。図において、４１は
試料、４２はゲート、４３はフライトチューブ、４０は
検出器、４６は入射イオンビーム、４７は散乱イオンビ
ームである。
【０００４】飛行時間形のイオン散乱分光装置において
は以下の様にして分光が行われる。試料４１に入射イオ
ンビーム４６が照射されると、該イオンビーム４６のイ
オン粒子は試料４１の原子と衝突して散乱される。そし
て、散乱されたイオン粒子はゲート４２を介してフライ
トチューブ４３に導入される。フライトチューブ４３は
電磁場のないドリフト領域であり、前記イオン粒子は衝
突した相手の原子の質量によって散乱後のエネルギーが
異なってくる。イオン粒子の速度はエネルギーの平方根
に比例するので、イオン粒子が電磁場のない領域を通過
するに従ってエネルギーによる時間差を生じ、検出器４
０に到達する時刻はイオン粒子のエネルギーに応じて異
なってくる。
は以下の様にして分光が行われる。試料４１に入射イオ
ンビーム４６が照射されると、該イオンビーム４６のイ
オン粒子は試料４１の原子と衝突して散乱される。そし
て、散乱されたイオン粒子はゲート４２を介してフライ
トチューブ４３に導入される。フライトチューブ４３は
電磁場のないドリフト領域であり、前記イオン粒子は衝
突した相手の原子の質量によって散乱後のエネルギーが
異なってくる。イオン粒子の速度はエネルギーの平方根
に比例するので、イオン粒子が電磁場のない領域を通過
するに従ってエネルギーによる時間差を生じ、検出器４
０に到達する時刻はイオン粒子のエネルギーに応じて異
なってくる。
【０００５】質量ｍのイオン粒子が初期エネルギーＥを
もって距離ｄを移動するときの飛行時間ｔｆは、以下の
式によって表される。 ｔｆ＝ｄ（ｍ／２Ｅ）1/2 …（１） 前記式（１）によってイオン粒子の飛行時間ｔｆの測定
を行うことによってイオン粒子のエネルギーＥを計算す
ることができる。
もって距離ｄを移動するときの飛行時間ｔｆは、以下の
式によって表される。 ｔｆ＝ｄ（ｍ／２Ｅ）1/2 …（１） 前記式（１）によってイオン粒子の飛行時間ｔｆの測定
を行うことによってイオン粒子のエネルギーＥを計算す
ることができる。
【０００６】このとき、測定時間の開始は、入射イオン
ビームをパルス化したイオンビームとした場合にはその
パルス化のタイミングとすることができ、また、連続ビ
ームを用いた場合には電界シャッタのゲートのタイミン
グとすることができる。したがって、前記イオン散乱分
光に前記飛行時間方法を適用した飛行時間形イオン散乱
分光装置では、パルス化したイオンビームを試料に照射
し、散乱されて戻ってくるまでの時間を測定することに
よって散乱後のイオンの速度を求め、散乱に寄与した試
料の原子の質量を算出することができる。
ビームをパルス化したイオンビームとした場合にはその
パルス化のタイミングとすることができ、また、連続ビ
ームを用いた場合には電界シャッタのゲートのタイミン
グとすることができる。したがって、前記イオン散乱分
光に前記飛行時間方法を適用した飛行時間形イオン散乱
分光装置では、パルス化したイオンビームを試料に照射
し、散乱されて戻ってくるまでの時間を測定することに
よって散乱後のイオンの速度を求め、散乱に寄与した試
料の原子の質量を算出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来の飛行時間形イオン散乱分光装置においては、以下
の問題点を有している。 （１）分析する試料に応じた質量のイオンを発生させる
ために、イオン源のイオン材料を交換する必要がある。
従来の飛行時間形イオン散乱分光装置においては、以下
の問題点を有している。 （１）分析する試料に応じた質量のイオンを発生させる
ために、イオン源のイオン材料を交換する必要がある。
【０００８】前記問題点（１）について説明する。図８
はイオン散乱の概念図である。図において、ｍi はイオ
ン粒子の質量、ｍ o は試料中の相手の原子の質量、ｖ1
はイオン粒子の照射時の速度、ｖ2 はイオン粒子の散乱
後の速度である。ｖ1 の速度を持ったｍi の質量のイオ
ン粒子が静止しているｍo の質量の原子に衝突したと
き、おおよそ１８０度方向に散乱されるイオン粒子の衝
突後の速度ｖ2 は次の式 ｖ2 ＝（ｍo −ｍi ）ｖ1 ／（ｍo ＋ｍi ） …（２） によって表される。
はイオン散乱の概念図である。図において、ｍi はイオ
ン粒子の質量、ｍ o は試料中の相手の原子の質量、ｖ1
はイオン粒子の照射時の速度、ｖ2 はイオン粒子の散乱
後の速度である。ｖ1 の速度を持ったｍi の質量のイオ
ン粒子が静止しているｍo の質量の原子に衝突したと
き、おおよそ１８０度方向に散乱されるイオン粒子の衝
突後の速度ｖ2 は次の式 ｖ2 ＝（ｍo −ｍi ）ｖ1 ／（ｍo ＋ｍi ） …（２） によって表される。
【０００９】前記式（２）において、ｍi とｖ1 は既知
であるから、イオン粒子の散乱後の速度ｖ2 を測定する
ことによって相手の原子の質量ｍo を算出することがで
きる。しかし、イオン粒子の衝突後の動きは、イオンの
質量ｍi と相手の原子の質量ｍo に応じて異なる。
であるから、イオン粒子の散乱後の速度ｖ2 を測定する
ことによって相手の原子の質量ｍo を算出することがで
きる。しかし、イオン粒子の衝突後の動きは、イオンの
質量ｍi と相手の原子の質量ｍo に応じて異なる。
【００１０】例えば、ｍo ≫ｍi のとき、つまり、相手
の原子の質量ｍo が照射されるイオン粒子の質量ｍi に
比べて非常に大きい場合には、イオン粒子の衝突後の速
度ｖ 2 はほぼイオン粒子の照射時の速度ｖ1 に等しくな
り、相手の原子の質量ｍo の値によってほとんど変化し
なくなり測定精度が低下する。一方、ｍo ≦ｍi のと
き、つまり、相手の原子の質量ｍo が照射されるイオン
粒子の質量ｍi に比べて小さい場合には、イオン粒子は
後方には散乱されてこないため測定することができな
い。
の原子の質量ｍo が照射されるイオン粒子の質量ｍi に
比べて非常に大きい場合には、イオン粒子の衝突後の速
度ｖ 2 はほぼイオン粒子の照射時の速度ｖ1 に等しくな
り、相手の原子の質量ｍo の値によってほとんど変化し
なくなり測定精度が低下する。一方、ｍo ≦ｍi のと
き、つまり、相手の原子の質量ｍo が照射されるイオン
粒子の質量ｍi に比べて小さい場合には、イオン粒子は
後方には散乱されてこないため測定することができな
い。
【００１１】したがって、試料の原子の質量ｍo の値を
精度よく測定するためには、試料の原子の質量ｍo より
少しだけ軽い質量のイオン粒子を照射する必要がある。
照射イオン及び試料の原子の質量と測定精度との間には
前記のような関係があるため、試料に応じて照射するイ
オン源のイオンの質量を変える必要があり、そのため従
来はイオン材料を分析する試料の原子に応じて交換して
いる。 （２）したがって、同一の試料の分析であっても分析の
目的とする元素の質量に応じて照射用のイオン材料を交
換する必要がある。従来該照射用のイオン材料の交換
は、固体のイオン材料の交換や、イオン材料のガスをバ
ルブの操作やガスボンベの交換等によって行なってい
る。したがって、このイオン材料の交換は分析操作の煩
雑化や分析時間の長時間化を招く要因となっている。
精度よく測定するためには、試料の原子の質量ｍo より
少しだけ軽い質量のイオン粒子を照射する必要がある。
照射イオン及び試料の原子の質量と測定精度との間には
前記のような関係があるため、試料に応じて照射するイ
オン源のイオンの質量を変える必要があり、そのため従
来はイオン材料を分析する試料の原子に応じて交換して
いる。 （２）したがって、同一の試料の分析であっても分析の
目的とする元素の質量に応じて照射用のイオン材料を交
換する必要がある。従来該照射用のイオン材料の交換
は、固体のイオン材料の交換や、イオン材料のガスをバ
ルブの操作やガスボンベの交換等によって行なってい
る。したがって、このイオン材料の交換は分析操作の煩
雑化や分析時間の長時間化を招く要因となっている。
【００１２】本発明は上記の問題点を除去し、照射用の
イオン材料を交換を要することなく目的とするイオン散
乱スペクトルを得ることのできる飛行時間形イオン散乱
分光装置を提供することを目的とする。
イオン材料を交換を要することなく目的とするイオン散
乱スペクトルを得ることのできる飛行時間形イオン散乱
分光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を克服するために、イオン散乱分光装置において、イオ
ン源と、イオン源からのイオンビームが照射される試料
と、試料からの散乱イオンビームを検出する検出器と、
照射イオンビームと散乱イオンビームの時間差を求める
手段とからなり、前記イオン源は異なった質量のイオン
が混合してなるイオンビームを発生することによって飛
行時間形イオン散乱分光装置を構成するものである。
を克服するために、イオン散乱分光装置において、イオ
ン源と、イオン源からのイオンビームが照射される試料
と、試料からの散乱イオンビームを検出する検出器と、
照射イオンビームと散乱イオンビームの時間差を求める
手段とからなり、前記イオン源は異なった質量のイオン
が混合してなるイオンビームを発生することによって飛
行時間形イオン散乱分光装置を構成するものである。
【００１４】
【作用】本発明によれば、イオン源は重いイオンと軽い
イオン等の異なった質量のイオンが混合してなるイオン
ビームを発生するため、従来、それぞれ単独のイオン源
を交換して複数回の測定によって得られているイオン散
乱スペクトルを一回の測定で得ることができる。
イオン等の異なった質量のイオンが混合してなるイオン
ビームを発生するため、従来、それぞれ単独のイオン源
を交換して複数回の測定によって得られているイオン散
乱スペクトルを一回の測定で得ることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明の飛行時間形イオン
散乱分光装置の構成図であり、同軸形直衝突イオン散乱
分光装置（ＣＡＩＣＩＳＳ：Ｃｏａｘｉａｌ Ｉｍｐａ
ｃｔ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｉｏｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉ
ｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）に適用した実施例で
ある。
がら詳細に説明する。図１は本発明の飛行時間形イオン
散乱分光装置の構成図であり、同軸形直衝突イオン散乱
分光装置（ＣＡＩＣＩＳＳ：Ｃｏａｘｉａｌ Ｉｍｐａ
ｃｔ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｉｏｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉ
ｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）に適用した実施例で
ある。
【００１６】図において、１は試料、２は試料チャン
バ、３はチューブ、４はイオン源、５はイオン源コント
ローラ、６は照射イオンビーム、７は散乱イオンビー
ム、１０は検出器、１１はプリアンプ、１２は計時装
置、１３はチョッピング電極、１４はチョッピングコン
トローラ、１５はデータ処理コンピュータ、１６は検出
器電源、２０，２１は排気装置である。
バ、３はチューブ、４はイオン源、５はイオン源コント
ローラ、６は照射イオンビーム、７は散乱イオンビー
ム、１０は検出器、１１はプリアンプ、１２は計時装
置、１３はチョッピング電極、１４はチョッピングコン
トローラ、１５はデータ処理コンピュータ、１６は検出
器電源、２０，２１は排気装置である。
【００１７】前記構成の飛行時間形イオン散乱分光装置
において、イオン源４から発せられた照射イオンビーム
６はチューブ３を通過して試料チャンバ２内の試料１に
入射され、そのイオン粒子は試料１の原子と衝突して散
乱される。散乱された散乱イオンビーム７は検出器１０
によって検出される。前記イオン源４はイオン源コント
ローラ５によって制御され、また、検出器１０は検出器
電源１６によって駆動される。
において、イオン源４から発せられた照射イオンビーム
６はチューブ３を通過して試料チャンバ２内の試料１に
入射され、そのイオン粒子は試料１の原子と衝突して散
乱される。散乱された散乱イオンビーム７は検出器１０
によって検出される。前記イオン源４はイオン源コント
ローラ５によって制御され、また、検出器１０は検出器
電源１６によって駆動される。
【００１８】また、前記チューブ３やイオン源４は排気
装置２０及び排気装置２１によって排気が行われる。次
に、飛行時間法による散乱粒子のエネルギー測定につい
て説明する。イオン源４からの照射イオンビームはチョ
ッピング電極１３によってパルス化され、パルスビーム
として試料１に照射れる。前記チョッピング電極１３に
よるパルス化はチョッピングコントローラ１４からのパ
ルス信号によって行われる。
装置２０及び排気装置２１によって排気が行われる。次
に、飛行時間法による散乱粒子のエネルギー測定につい
て説明する。イオン源４からの照射イオンビームはチョ
ッピング電極１３によってパルス化され、パルスビーム
として試料１に照射れる。前記チョッピング電極１３に
よるパルス化はチョッピングコントローラ１４からのパ
ルス信号によって行われる。
【００１９】前記チョッピングコントローラ１４からは
前記パルス信号と同時に計時装置１２にスタートパルス
が入力され、計時装置１２の計時をスタートする。一
方、検出器１０は散乱イオンビーム７を検出すると、そ
の検出信号はストップパルスとしてプリアンプ１１を介
して計時装置１２に入力され、計時装置１２の計時をス
トップする。
前記パルス信号と同時に計時装置１２にスタートパルス
が入力され、計時装置１２の計時をスタートする。一
方、検出器１０は散乱イオンビーム７を検出すると、そ
の検出信号はストップパルスとしてプリアンプ１１を介
して計時装置１２に入力され、計時装置１２の計時をス
トップする。
【００２０】計時装置１２においては、スタートパルス
とストップパルスとの時間差をデジタルカウントに変換
するなどの処理によって時間測定を行う。この時間測定
によって得られる値は、照射イオンビーム６がチョッピ
ング電極１３を通過してから散乱イオンビーム７が検出
器１０によって検出されるまでの時間間隔であり、この
計時装置１２の計測の時間とイオンビームが走行する距
離とからエネルギーを測定することができる。
とストップパルスとの時間差をデジタルカウントに変換
するなどの処理によって時間測定を行う。この時間測定
によって得られる値は、照射イオンビーム６がチョッピ
ング電極１３を通過してから散乱イオンビーム７が検出
器１０によって検出されるまでの時間間隔であり、この
計時装置１２の計測の時間とイオンビームが走行する距
離とからエネルギーを測定することができる。
【００２１】計時装置１２によって得られるデータはデ
ータ処理コンピュータ１５によって行われる。そして、
本発明の飛行時間形イオン散乱分光装置において、前記
イオン源４は異なった質量のイオンが混合したイオンビ
ームを発生するものである。次に、本発明の飛行時間形
イオン散乱分光装置による元素分析について説明する。
ータ処理コンピュータ１５によって行われる。そして、
本発明の飛行時間形イオン散乱分光装置において、前記
イオン源４は異なった質量のイオンが混合したイオンビ
ームを発生するものである。次に、本発明の飛行時間形
イオン散乱分光装置による元素分析について説明する。
【００２２】以下において、試料表面に２種類の重い元
素と２種類の軽い元素の合計４種類の元素が存在する場
合を例として説明する。しかし、本発明の飛行時間形イ
オン散乱分光装置は、この元素の組み合わせに限定され
るものではなく、他の元素の組み合わせであっても分析
を行うことができる。始めに、イオン源４から照射され
るイオンとして、試料表面にある最も軽い元素よりも軽
い質量のイオンを用いた場合について説明する。この場
合は、飛行時間形イオン散乱分光装置における従来の単
一のイオンの照射による分析に対応するものである。
素と２種類の軽い元素の合計４種類の元素が存在する場
合を例として説明する。しかし、本発明の飛行時間形イ
オン散乱分光装置は、この元素の組み合わせに限定され
るものではなく、他の元素の組み合わせであっても分析
を行うことができる。始めに、イオン源４から照射され
るイオンとして、試料表面にある最も軽い元素よりも軽
い質量のイオンを用いた場合について説明する。この場
合は、飛行時間形イオン散乱分光装置における従来の単
一のイオンの照射による分析に対応するものである。
【００２３】図４は軽い質量のイオンによるイオン散乱
図、及びイオン散乱スペクトルである。図において、ｍ
ilは軽い質量のイオン粒子、ｍol1 は相手側の軽い元
素、ｍ ol2 はｍol1 よりわずかに重い相手側の軽い元
素、ｍoh1 は相手側の重い元素、ｍoh2 はｍoh1 よりわ
ずかに重い相手側の重い元素である。図４の（ａ）にお
いて、軽い質量のイオン粒子ｍilが相手側の軽い元素ｍ
ol1に衝突して散乱される様子を示しており、散乱され
た軽い質量のイオン粒子ｍilの矢印の長さはその散乱速
度を示している。また、同様に、図４の（ｂ）におい
て、軽い質量のイオン粒子ｍilが相手側の軽い元素ｍ
ol2 に衝突して散乱される様子を示しており、散乱され
た軽い質量のイオン粒子ｍilの矢印の長さはその散乱速
度を示している。図４の（ａ）と図４の（ｂ）の散乱さ
れた軽い質量のイオン粒子ｍilの散乱速度を比較する
と、ｍol1 よりわずかに重い元素ｍol2 によって散乱さ
れたイオン粒子ｍilの方がその散乱速度は速くなる。
図、及びイオン散乱スペクトルである。図において、ｍ
ilは軽い質量のイオン粒子、ｍol1 は相手側の軽い元
素、ｍ ol2 はｍol1 よりわずかに重い相手側の軽い元
素、ｍoh1 は相手側の重い元素、ｍoh2 はｍoh1 よりわ
ずかに重い相手側の重い元素である。図４の（ａ）にお
いて、軽い質量のイオン粒子ｍilが相手側の軽い元素ｍ
ol1に衝突して散乱される様子を示しており、散乱され
た軽い質量のイオン粒子ｍilの矢印の長さはその散乱速
度を示している。また、同様に、図４の（ｂ）におい
て、軽い質量のイオン粒子ｍilが相手側の軽い元素ｍ
ol2 に衝突して散乱される様子を示しており、散乱され
た軽い質量のイオン粒子ｍilの矢印の長さはその散乱速
度を示している。図４の（ａ）と図４の（ｂ）の散乱さ
れた軽い質量のイオン粒子ｍilの散乱速度を比較する
と、ｍol1 よりわずかに重い元素ｍol2 によって散乱さ
れたイオン粒子ｍilの方がその散乱速度は速くなる。
【００２４】前記速度の差について、図２の粒子の散乱
概念図によって説明する。図２において、ｍi はイオン
粒子、ｍo1は相手側の元素、ｍo2はｍo1よりも軽い相手
側の元素、ｖ21はｍo1によって散乱されたイオン粒子の
散乱速度、ｖ22はｍo2によって散乱されたイオン粒子の
散乱速度である。前記散乱速度ｖ21及びｖ22は、前記式
（１）によって表され、ｖ21とｖ22の差は ｖ21−ｖ22＝２ｍi （ｍo1−ｍo2）vil ／｛（ｍo1＋ｍi ）（ｍo2＋ｍi ）｝ …（３） によって表されるので、イオン粒子の衝突する相手側の
元素の重さによって散乱速度に差が生じ、相手側の元素
が重いほど散乱速度は速くなる。
概念図によって説明する。図２において、ｍi はイオン
粒子、ｍo1は相手側の元素、ｍo2はｍo1よりも軽い相手
側の元素、ｖ21はｍo1によって散乱されたイオン粒子の
散乱速度、ｖ22はｍo2によって散乱されたイオン粒子の
散乱速度である。前記散乱速度ｖ21及びｖ22は、前記式
（１）によって表され、ｖ21とｖ22の差は ｖ21−ｖ22＝２ｍi （ｍo1−ｍo2）vil ／｛（ｍo1＋ｍi ）（ｍo2＋ｍi ）｝ …（３） によって表されるので、イオン粒子の衝突する相手側の
元素の重さによって散乱速度に差が生じ、相手側の元素
が重いほど散乱速度は速くなる。
【００２５】図４の（ａ）と図４の（ｂ）における散乱
された軽い質量のイオン粒子ｍilのスペクトルを測定
し、横軸を飛行時間、縦軸を散乱強度とすると図４の
（ｅ）となる。図４の（ｅ）において、ａは図４の
（ａ）で示される軽い質量のイオン粒子ｍilによるピー
クであり、ｂは図４の（ｂ）で示される軽い質量のイオ
ン粒子ｍilによるピークである。
された軽い質量のイオン粒子ｍilのスペクトルを測定
し、横軸を飛行時間、縦軸を散乱強度とすると図４の
（ｅ）となる。図４の（ｅ）において、ａは図４の
（ａ）で示される軽い質量のイオン粒子ｍilによるピー
クであり、ｂは図４の（ｂ）で示される軽い質量のイオ
ン粒子ｍilによるピークである。
【００２６】一方、図４の（ｃ）は、軽い質量のイオン
粒子ｍilが相手側の重いイオン粒子ｍoh1 に衝突して散
乱される様子を示しており、同様に、図４の（ｄ）にお
いて、軽い質量のイオン粒子ｍilが相手側の重い元素ｍ
oh2 に衝突して散乱される様子を示しており、散乱され
た軽い質量のイオン粒子ｍilの矢印の長さはその散乱速
度を示している。図４の（ｃ）と図４の（ｄ）の散乱さ
れた軽い質量のイオン粒子ｍilの散乱速度を比較する
と、ｍoh1 よりわずかに重い元素ｍoh2 によって散乱さ
れたイオン粒子ｍilの方がその散乱速度は速くなる。
粒子ｍilが相手側の重いイオン粒子ｍoh1 に衝突して散
乱される様子を示しており、同様に、図４の（ｄ）にお
いて、軽い質量のイオン粒子ｍilが相手側の重い元素ｍ
oh2 に衝突して散乱される様子を示しており、散乱され
た軽い質量のイオン粒子ｍilの矢印の長さはその散乱速
度を示している。図４の（ｃ）と図４の（ｄ）の散乱さ
れた軽い質量のイオン粒子ｍilの散乱速度を比較する
と、ｍoh1 よりわずかに重い元素ｍoh2 によって散乱さ
れたイオン粒子ｍilの方がその散乱速度は速くなる。
【００２７】また、前記散乱速度の差は前記式（３）か
ら相手側の元素の質量が大きいほど小さくなり、図４の
（ｃ）と図４の（ｄ）のイオン粒子ｍilの散乱速度の差
は前記図４の（ａ）と図４の（ｂ）のイオン粒子ｍilの
散乱速度の差よりも小さくなる。前記と同様に、図４の
（ｃ）と図４の（ｄ）における散乱された軽い質量のイ
オン粒子ｍilのスペクトルを測定し、図４の（ｅ）に表
すとそれぞれｃ及びｄのピークとなる。
ら相手側の元素の質量が大きいほど小さくなり、図４の
（ｃ）と図４の（ｄ）のイオン粒子ｍilの散乱速度の差
は前記図４の（ａ）と図４の（ｂ）のイオン粒子ｍilの
散乱速度の差よりも小さくなる。前記と同様に、図４の
（ｃ）と図４の（ｄ）における散乱された軽い質量のイ
オン粒子ｍilのスペクトルを測定し、図４の（ｅ）に表
すとそれぞれｃ及びｄのピークとなる。
【００２８】したがって、イオン源から照射されるイオ
ンとして、試料表面にある最も軽い元素よりも軽い質量
の単一のイオンを用いた場合には、軽い元素による２つ
のピークは充分に分離することができるが、重い元素に
よる２つのピークは速度差が小さく充分に分離すること
ができない。次に、イオン源４から照射されるイオンと
して、２種類の重い元素と２種類の軽い元素との間の質
量のイオンを用いた場合について説明する。この場合も
前記の場合と同様に、飛行時間形イオン散乱分光装置に
おける従来の単一のイオンの照射による分析に対応する
ものである。
ンとして、試料表面にある最も軽い元素よりも軽い質量
の単一のイオンを用いた場合には、軽い元素による２つ
のピークは充分に分離することができるが、重い元素に
よる２つのピークは速度差が小さく充分に分離すること
ができない。次に、イオン源４から照射されるイオンと
して、２種類の重い元素と２種類の軽い元素との間の質
量のイオンを用いた場合について説明する。この場合も
前記の場合と同様に、飛行時間形イオン散乱分光装置に
おける従来の単一のイオンの照射による分析に対応する
ものである。
【００２９】図５は重い質量のイオンによるイオン散乱
図、及びイオン散乱スペクトルである。図において、ｍ
ihは重い質量のイオン粒子、ｍol1 は相手側の軽い元
素、ｍ ol2 はｍol1 よりわずかに重い相手側の軽い元
素、ｍoh1 は相手側の重い元素、ｍoh2 はｍoh1 よりわ
ずかに重い相手側の重い元素である。図５の（ａ）にお
いて、重い質量のイオン粒子ｍihが相手側の軽い元素ｍ
ol1に衝突して散乱される様子を示しており、また、同
様に、図５の（ｂ）において、重い質量のイオン粒子ｍ
ihが相手側の軽い元素ｍol2 に衝突して散乱される様子
を示している。
図、及びイオン散乱スペクトルである。図において、ｍ
ihは重い質量のイオン粒子、ｍol1 は相手側の軽い元
素、ｍ ol2 はｍol1 よりわずかに重い相手側の軽い元
素、ｍoh1 は相手側の重い元素、ｍoh2 はｍoh1 よりわ
ずかに重い相手側の重い元素である。図５の（ａ）にお
いて、重い質量のイオン粒子ｍihが相手側の軽い元素ｍ
ol1に衝突して散乱される様子を示しており、また、同
様に、図５の（ｂ）において、重い質量のイオン粒子ｍ
ihが相手側の軽い元素ｍol2 に衝突して散乱される様子
を示している。
【００３０】この場合においては、軽い元素による散乱
イオンは後方には戻ってこないため測定することができ
ない。一方、図５の（ｃ）は重い質量のイオン粒子ｍih
が相手側の重いイオン粒子ｍ oh1 に衝突して散乱される
様子を示しており、同様に、図５の（ｄ）は重い質量の
イオン粒子ｍihが相手側の重い元素ｍoh2 に衝突して散
乱される様子を示しており、散乱された重い質量のイオ
ン粒子ｍihの矢印の長さはその散乱速度を示している。
イオンは後方には戻ってこないため測定することができ
ない。一方、図５の（ｃ）は重い質量のイオン粒子ｍih
が相手側の重いイオン粒子ｍ oh1 に衝突して散乱される
様子を示しており、同様に、図５の（ｄ）は重い質量の
イオン粒子ｍihが相手側の重い元素ｍoh2 に衝突して散
乱される様子を示しており、散乱された重い質量のイオ
ン粒子ｍihの矢印の長さはその散乱速度を示している。
【００３１】図５の（ｃ）と図５の（ｄ）の散乱された
重い質量のイオン粒子ｍihの散乱速度を比較すると、ｍ
oh1 よりわずかに重い元素ｍoh2 によって散乱されたイ
オン粒子ｍihの方がその散乱速度は速くなる。ここで、
図４の軽いイオン粒子ｍilの速度と図５の重いイオン粒
子ｍih速度との速度差について、図３のイオン粒子の速
度概念図によって説明する。
重い質量のイオン粒子ｍihの散乱速度を比較すると、ｍ
oh1 よりわずかに重い元素ｍoh2 によって散乱されたイ
オン粒子ｍihの方がその散乱速度は速くなる。ここで、
図４の軽いイオン粒子ｍilの速度と図５の重いイオン粒
子ｍih速度との速度差について、図３のイオン粒子の速
度概念図によって説明する。
【００３２】図において、ｍilは軽いイオン粒子であ
り、ｍihは重いイオン粒子である。イオンの速度は質量
の平方根に反比例するので、軽いイオン粒子ｍilの速度
ｖilは重いイオン粒子ｍihの速度ｖihよりも速くなる。
したがって、図４の軽いイオン粒子ｍilの速度と図５の
重いイオン粒子ｍihの速度とを比較すると、重いイオン
粒子ｍihの速度は遅くなる。
り、ｍihは重いイオン粒子である。イオンの速度は質量
の平方根に反比例するので、軽いイオン粒子ｍilの速度
ｖilは重いイオン粒子ｍihの速度ｖihよりも速くなる。
したがって、図４の軽いイオン粒子ｍilの速度と図５の
重いイオン粒子ｍihの速度とを比較すると、重いイオン
粒子ｍihの速度は遅くなる。
【００３３】図５の（ｃ）と図５の（ｄ）における散乱
された重い質量のイオン粒子ｍihのスペクトルを測定
し、図４の（ｅ）と同様に横軸を飛行時間、縦軸を散乱
強度として、図５の（ｅ）に表すとそれぞれＣ及びＤの
ピークとなる。重い質量のイオン粒子ｍihの速度は軽い
質量のイオン粒子ｍilの速度よりも遅いため、同一の重
い元素に対するピークである、図５の（ｅ）のＣ及びＤ
のピーク位置は図４の（ｅ）のc 及びd のピーク位置よ
りも飛行時間が長くなる。
された重い質量のイオン粒子ｍihのスペクトルを測定
し、図４の（ｅ）と同様に横軸を飛行時間、縦軸を散乱
強度として、図５の（ｅ）に表すとそれぞれＣ及びＤの
ピークとなる。重い質量のイオン粒子ｍihの速度は軽い
質量のイオン粒子ｍilの速度よりも遅いため、同一の重
い元素に対するピークである、図５の（ｅ）のＣ及びＤ
のピーク位置は図４の（ｅ）のc 及びd のピーク位置よ
りも飛行時間が長くなる。
【００３４】したがって、イオン源から照射されるイオ
ンとして、２種類の重い元素と２種類の軽い元素との間
の質量のイオンを用いた場合には、軽い元素による測定
を行うことができないのに対して、重い元素による２つ
のピークは充分に分離することができる。次に、イオン
源４から照射されるイオンとして、試料表面にある最も
軽い元素よりも軽い質量のイオンと２種類の重い元素と
２種類の軽い元素との間の質量のイオンの２つのイオン
を混合したものを用いた場合について説明する。この場
合は、飛行時間形イオン散乱分光装置における本発明の
２つのイオンの照射による分析に対応するものである。
ンとして、２種類の重い元素と２種類の軽い元素との間
の質量のイオンを用いた場合には、軽い元素による測定
を行うことができないのに対して、重い元素による２つ
のピークは充分に分離することができる。次に、イオン
源４から照射されるイオンとして、試料表面にある最も
軽い元素よりも軽い質量のイオンと２種類の重い元素と
２種類の軽い元素との間の質量のイオンの２つのイオン
を混合したものを用いた場合について説明する。この場
合は、飛行時間形イオン散乱分光装置における本発明の
２つのイオンの照射による分析に対応するものである。
【００３５】図６は軽い質量のイオン及び重い質量のイ
オンによるイオン散乱図、及びイオン散乱スペクトルで
ある。図において、ｍilは軽い質量のイオン粒子、ｍih
は重い質量のイオン粒子、ｍol1 は相手側の軽い元素、
ｍol2 はｍol1 よりわずかに重い相手側の軽い元素、ｍ
oh1 は相手側の重い元素、ｍoh2 はｍoh1 よりわずかに
重い相手側の重い元素である。
オンによるイオン散乱図、及びイオン散乱スペクトルで
ある。図において、ｍilは軽い質量のイオン粒子、ｍih
は重い質量のイオン粒子、ｍol1 は相手側の軽い元素、
ｍol2 はｍol1 よりわずかに重い相手側の軽い元素、ｍ
oh1 は相手側の重い元素、ｍoh2 はｍoh1 よりわずかに
重い相手側の重い元素である。
【００３６】図６の（ａ）において、軽い質量のイオン
粒子ｍil及び重い質量のイオン粒子ｍihが、相手側の軽
い元素ｍol1 に衝突して散乱される様子を示されてお
り、散乱された軽い質量のイオン粒子ｍilの矢印の長さ
はその散乱速度を示している。また、同様に、図６の
（ｂ）において、軽い質量のイオン粒子ｍil及び重い質
量のイオン粒子ｍihが相手側の軽い元素ｍol2 に衝突し
て散乱される様子を示している。
粒子ｍil及び重い質量のイオン粒子ｍihが、相手側の軽
い元素ｍol1 に衝突して散乱される様子を示されてお
り、散乱された軽い質量のイオン粒子ｍilの矢印の長さ
はその散乱速度を示している。また、同様に、図６の
（ｂ）において、軽い質量のイオン粒子ｍil及び重い質
量のイオン粒子ｍihが相手側の軽い元素ｍol2 に衝突し
て散乱される様子を示している。
【００３７】この場合においては、重い質量のイオン粒
子ｍihの軽い元素による散乱イオンは後方には戻ってこ
ないため測定することができない。図６の（ａ）と図６
の（ｂ）の散乱された軽い質量のイオン粒子ｍilの散乱
速度を比較すると、前記図４の（ａ）と図４の（ｂ）と
同様にして、ｍol1 よりわずかに重い元素ｍol2 によっ
て散乱されたイオン粒子ｍilの方がその散乱速度は速く
なる。
子ｍihの軽い元素による散乱イオンは後方には戻ってこ
ないため測定することができない。図６の（ａ）と図６
の（ｂ）の散乱された軽い質量のイオン粒子ｍilの散乱
速度を比較すると、前記図４の（ａ）と図４の（ｂ）と
同様にして、ｍol1 よりわずかに重い元素ｍol2 によっ
て散乱されたイオン粒子ｍilの方がその散乱速度は速く
なる。
【００３８】図６の（ａ）と図６の（ｂ）における散乱
された軽い質量のイオン粒子ｍilのスペクトルを測定
し、横軸を飛行時間、縦軸を散乱強度とすると図６の
（ｅ）となる。図６の（ｅ）において、ａは図６の
（ａ）で示される軽い質量のイオン粒子ｍilによる軽い
元素のピークであり、ｂは図６の（ｂ）で示される軽い
質量のイオン粒子ｍilによる他の軽い元素のピークであ
る。
された軽い質量のイオン粒子ｍilのスペクトルを測定
し、横軸を飛行時間、縦軸を散乱強度とすると図６の
（ｅ）となる。図６の（ｅ）において、ａは図６の
（ａ）で示される軽い質量のイオン粒子ｍilによる軽い
元素のピークであり、ｂは図６の（ｂ）で示される軽い
質量のイオン粒子ｍilによる他の軽い元素のピークであ
る。
【００３９】一方、図６の（ｃ）は、軽い質量のイオン
粒子ｍil及び重い質量のイオン粒子ｍihが相手側の重い
イオン粒子ｍoh1 に衝突して散乱される様子を示してお
り、同様に、図６の（ｄ）は、軽い質量のイオン粒子ｍ
il及び重い質量のイオン粒子ｍihが相手側の重い元素ｍ
oh2 に衝突して散乱される様子を示している。図におい
て、散乱された軽い質量のイオン粒子ｍil及び重い質量
のイオン粒子ｍihの矢印の長さはその散乱速度を示して
いる。
粒子ｍil及び重い質量のイオン粒子ｍihが相手側の重い
イオン粒子ｍoh1 に衝突して散乱される様子を示してお
り、同様に、図６の（ｄ）は、軽い質量のイオン粒子ｍ
il及び重い質量のイオン粒子ｍihが相手側の重い元素ｍ
oh2 に衝突して散乱される様子を示している。図におい
て、散乱された軽い質量のイオン粒子ｍil及び重い質量
のイオン粒子ｍihの矢印の長さはその散乱速度を示して
いる。
【００４０】図６の（ｃ）と図６の（ｄ）の散乱された
軽い質量のイオン粒子ｍilの散乱速度を比較すると、ｍ
oh1 よりわずかに重い元素ｍoh2 によって散乱されたイ
オン粒子ｍilの方がその散乱速度は速くなる。また、前
記散乱速度の差は前記式（３）から相手側の元素の質量
が大きいほど小さくなり、図６の（ｃ）と図６の（ｄ）
のイオン粒子ｍilの散乱速度の差は前記図６の（ａ）と
図６の（ｂ）のイオン粒子ｍilの散乱速度の差よりも小
さくなる。
軽い質量のイオン粒子ｍilの散乱速度を比較すると、ｍ
oh1 よりわずかに重い元素ｍoh2 によって散乱されたイ
オン粒子ｍilの方がその散乱速度は速くなる。また、前
記散乱速度の差は前記式（３）から相手側の元素の質量
が大きいほど小さくなり、図６の（ｃ）と図６の（ｄ）
のイオン粒子ｍilの散乱速度の差は前記図６の（ａ）と
図６の（ｂ）のイオン粒子ｍilの散乱速度の差よりも小
さくなる。
【００４１】前記と同様に、図６の（ｃ）と図６の
（ｄ）における散乱された軽い質量のイオン粒子ｍil、
及び重い質量のイオン粒子ｍihのスペクトルを測定し、
図６の（ｅ）に表すと軽い質量のイオン粒子ｍilによる
２種類の重い元素のピークはそれぞれｃ及びｄとなり、
また、重い質量のイオン粒子ｍihによる２種類の重い元
素のピークはそれぞれＣ及びＤとなる。
（ｄ）における散乱された軽い質量のイオン粒子ｍil、
及び重い質量のイオン粒子ｍihのスペクトルを測定し、
図６の（ｅ）に表すと軽い質量のイオン粒子ｍilによる
２種類の重い元素のピークはそれぞれｃ及びｄとなり、
また、重い質量のイオン粒子ｍihによる２種類の重い元
素のピークはそれぞれＣ及びＤとなる。
【００４２】したがって、重い元素により生じるピーク
は、軽い質量のイオン粒子ｍilによるスペクトルｃ及び
ｄと、重い質量のイオン粒子ｍihによるスペクトルＣ及
びＤの２つ生じることになり、この内重い質量のイオン
粒子ｍihによって充分に分離可能なスペクトルＣ及びＤ
を得ることができる。したがって、イオン源から照射さ
れるイオンとして、試料表面にある最も軽い元素よりも
軽い質量のイオンと２種類の重い元素と２種類の軽い元
素との間の質量のイオンの２つのイオンを混合したもの
を用いた場合には、それぞれきのスペクトルが時間的に
異なった位置に現れるため、互いに悪影響を及ぼすこと
なく軽い元素による２つのピークと重い元素による２つ
のピークを充分に分離することができる。
は、軽い質量のイオン粒子ｍilによるスペクトルｃ及び
ｄと、重い質量のイオン粒子ｍihによるスペクトルＣ及
びＤの２つ生じることになり、この内重い質量のイオン
粒子ｍihによって充分に分離可能なスペクトルＣ及びＤ
を得ることができる。したがって、イオン源から照射さ
れるイオンとして、試料表面にある最も軽い元素よりも
軽い質量のイオンと２種類の重い元素と２種類の軽い元
素との間の質量のイオンの２つのイオンを混合したもの
を用いた場合には、それぞれきのスペクトルが時間的に
異なった位置に現れるため、互いに悪影響を及ぼすこと
なく軽い元素による２つのピークと重い元素による２つ
のピークを充分に分離することができる。
【００４３】前記実施例においては、直衝突形イオン散
乱分光装置を例にして説明したが、本発明は直衝突形に
限定されるものではなく、飛行時間法による他の形態に
よるイオン散乱分光装置に適用することができる。な
お、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを
本発明の範囲から排除するものではない。
乱分光装置を例にして説明したが、本発明は直衝突形に
限定されるものではなく、飛行時間法による他の形態に
よるイオン散乱分光装置に適用することができる。な
お、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを
本発明の範囲から排除するものではない。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 （１）分析する試料に応じた質量のイオンを発生させる
ために、イオン材料を交換する必要がない。 （２）一回の測定で、軽い元素から重い元素まで分解能
の良いイオン散乱スペクトルを測定することができる。 （３）したがって、分析操作の簡略化と分析時間の短縮
化を行うことができる。
ために、イオン材料を交換する必要がない。 （２）一回の測定で、軽い元素から重い元素まで分解能
の良いイオン散乱スペクトルを測定することができる。 （３）したがって、分析操作の簡略化と分析時間の短縮
化を行うことができる。
【図１】本発明の飛行時間形イオン散乱分光装置の構成
図である。
図である。
【図２】粒子の散乱概念図である。
【図３】イオン粒子の速度概念図である。
【図４】軽い質量のイオンによるイオン散乱図及びイオ
ン散乱スペクトルである。
ン散乱スペクトルである。
【図５】重い質量のイオンによるイオン散乱図及びイオ
ン散乱スペクトルである。
ン散乱スペクトルである。
【図６】軽い質量のイオン及び重い質量のイオンによる
イオン散乱図及びイオン散乱スペクトルである。
イオン散乱図及びイオン散乱スペクトルである。
【図７】従来の飛行時間形のイオン散乱分光装置の構成
図である。
図である。
【図８】イオン散乱の概念図である。
１…試料、２…試料チャンバ、３…チューブ、４…イオ
ン源、５…イオン源コントローラ、６…照射イオンビー
ム、７…散乱イオンビーム、１０…検出器、１１…プリ
アンプ、１２…計時装置、１３…チョッピング電極、１
４…チョッピングコントローラ、１５…データ処理コン
ピュータ、１６…検出器電源、２０，２１…排気装置
ン源、５…イオン源コントローラ、６…照射イオンビー
ム、７…散乱イオンビーム、１０…検出器、１１…プリ
アンプ、１２…計時装置、１３…チョッピング電極、１
４…チョッピングコントローラ、１５…データ処理コン
ピュータ、１６…検出器電源、２０，２１…排気装置
Claims (1)
- 【請求項１】 イオン散乱分光装置において、（ａ）イ
オン源と、（ｂ）前記イオン源からのイオンビームが照
射される試料と、（ｃ）前記試料からの散乱イオンビー
ムを検出する検出器と、（ｄ）前記照射イオンビームと
前記散乱イオンビームの時間差を求める手段とからな
り、（ｅ）前記イオン源は異なった質量のイオンが混合
してなるイオンビームを発生することを特徴とする飛行
時間形イオン散乱分光装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17335192A JP3271304B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 飛行時間形イオン散乱分光装置 |
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| EP93109977A EP0576972A1 (en) | 1992-06-30 | 1993-06-23 | Ion scattering spectroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17335192A JP3271304B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 飛行時間形イオン散乱分光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0620636A true JPH0620636A (ja) | 1994-01-28 |
| JP3271304B2 JP3271304B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=15958809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17335192A Expired - Fee Related JP3271304B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 飛行時間形イオン散乱分光装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5371366A (ja) |
| EP (1) | EP0576972A1 (ja) |
| JP (1) | JP3271304B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6037586A (en) * | 1998-06-18 | 2000-03-14 | Universite Laval | Apparatus and method for separating pulsed ions by mass as said pulsed ions are guided along a course |
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| GB0606891D0 (en) * | 2006-04-05 | 2006-05-17 | Council Cent Lab Res Councils | Raman Analysis Of Pharmaceutical Tablets |
| US8101909B2 (en) * | 2008-01-25 | 2012-01-24 | Ionwerks, Inc. | Time-of-flight mass spectrometry of surfaces |
| US8963081B2 (en) * | 2013-03-06 | 2015-02-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Mass selector, and ion gun, ion irradiation apparatus and mass microscope |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0290049A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-29 | Shimadzu Corp | イオン散乱分光装置 |
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| EP0501257B1 (en) * | 1991-02-22 | 1996-08-21 | Shimadzu Corporation | Ion scattering spectrometer |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP17335192A patent/JP3271304B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1993
- 1993-06-17 US US08/077,366 patent/US5371366A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-23 EP EP93109977A patent/EP0576972A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5371366A (en) | 1994-12-06 |
| JP3271304B2 (ja) | 2002-04-02 |
| EP0576972A1 (en) | 1994-01-05 |
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