JPH0718960B2 - Ｘ線顕微鏡 - Google Patents
Ｘ線顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0718960B2 JPH0718960B2 JP1219473A JP21947389A JPH0718960B2 JP H0718960 B2 JPH0718960 B2 JP H0718960B2 JP 1219473 A JP1219473 A JP 1219473A JP 21947389 A JP21947389 A JP 21947389A JP H0718960 B2 JPH0718960 B2 JP H0718960B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ray
- image
- magnetic field
- pulse
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は試料をＸ線で照射したとき試料或は試料に近接
させた光電面から放出されるＸ線光電子により試料の像
を形成させる型のＸ線顕微鏡に関する。
させた光電面から放出されるＸ線光電子により試料の像
を形成させる型のＸ線顕微鏡に関する。
（従来の技術） 従来の上述した型のＸ線顕微鏡は、Ｘ線源として通常の
Ｘ線管とかシンクロトロン放射光源のような連続放射型
のＸ線源を用いており、拡大光電子像を形成するのに集
束コイルを用いていた。また試料から放出されるＸ線光
電子はエネルギー分布を有するので、そのエネルギー別
の光電子像を得るため拡大光電子像の受像面に近接させ
てメッシュ状のエネルギーフィルタを配置していた。
Ｘ線管とかシンクロトロン放射光源のような連続放射型
のＸ線源を用いており、拡大光電子像を形成するのに集
束コイルを用いていた。また試料から放出されるＸ線光
電子はエネルギー分布を有するので、そのエネルギー別
の光電子像を得るため拡大光電子像の受像面に近接させ
てメッシュ状のエネルギーフィルタを配置していた。
光電子による拡大像を作るのに集束コイルを用いると光
電子のエネルギー分布による収差と光電子の放出角によ
る球面収差により良好な像が得難いので、収差軽減のた
め絞りとか補正レンズを用いる必要があって、光電子の
利用効率が低くなり像が暗くなる。このため強力な発散
磁場を用い、この磁場内を磁力線に沿って光電子を進行
させることで拡大光電子像を得る方法が提案されている
が、強力な発散磁場を得るのに超伝導コイルを用いてお
り、液体ヘリウム等を必要として、設備が大規模にな
り、一般研究者用として実用化することは困難である。
電子のエネルギー分布による収差と光電子の放出角によ
る球面収差により良好な像が得難いので、収差軽減のた
め絞りとか補正レンズを用いる必要があって、光電子の
利用効率が低くなり像が暗くなる。このため強力な発散
磁場を用い、この磁場内を磁力線に沿って光電子を進行
させることで拡大光電子像を得る方法が提案されている
が、強力な発散磁場を得るのに超伝導コイルを用いてお
り、液体ヘリウム等を必要として、設備が大規模にな
り、一般研究者用として実用化することは困難である。
またエネルギー別のＸ線光電子像を得るのに上述したよ
うにメッシュ状のエネルギーフィルターを用いている
と、顕微鏡が構造的に複雑になり、またフィルターによ
り電子透過率が低下して像が暗くなる。
うにメッシュ状のエネルギーフィルターを用いている
と、顕微鏡が構造的に複雑になり、またフィルターによ
り電子透過率が低下して像が暗くなる。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は超伝導コイル等を用いないで、光電子の発散磁
場による拡大像を得ると共に、メッシュ状のエネルギー
フィルターを用いないＸ線顕微鏡を得ることを目的とし
ている。
場による拡大像を得ると共に、メッシュ状のエネルギー
フィルターを用いないＸ線顕微鏡を得ることを目的とし
ている。
（課題を解決するための手段） Ｘ線源としてパルス線源を用い、光電子の拡大像形成の
ための発散磁場発生に常伝導コイルのパルス励磁を用
い、パルス励磁による磁場の時間的変化の尖頭付近に同
期させて上記Ｘ線源を作動させると共に磁場の強度変化
が磁場の尖頭付近で最小になるような時に、光電子が発
散磁場中を飛行して、電子像受像素子の出力を上記Ｘ線
源の動作と同期したゲートパルスにより開かれるゲート
を介して取出すようにした。
ための発散磁場発生に常伝導コイルのパルス励磁を用
い、パルス励磁による磁場の時間的変化の尖頭付近に同
期させて上記Ｘ線源を作動させると共に磁場の強度変化
が磁場の尖頭付近で最小になるような時に、光電子が発
散磁場中を飛行して、電子像受像素子の出力を上記Ｘ線
源の動作と同期したゲートパルスにより開かれるゲート
を介して取出すようにした。
（作用） パルスＸ線源では数nsのパルス巾のＸ線放射が可能であ
る。パルスＸ線源を用いることは二つの意味を有する。
その一はＸ線をパルス状に放射するので、平均エネルギ
ーを低くして、しかも強力なＸ線を得ることが可能とな
る。その二はパルスＸ線で試料が照射されるので、試料
或は光電面から放射される光電子もパルス状である。こ
の光電子をＸ線放射と同期したゲートパルスで開かれる
ゲートを介して検出することにより、光電子のエネルギ
ーの飛翔時間による選別が行われ、メッシュ状エネルギ
ーフィルターのようなものを用いないで光電子のエネル
ギー分析ができるので、光電子の損失がなくこ明るい像
が得られる。光電子による拡大像を得るのに発散磁場を
用いているが、この場合像の分解能は磁場強度に比例し
ている。従って強い磁場が必要で、このため超伝導コイ
ルが用いられていたが、本発明では常伝導コイルを用い
ているが、パルス励磁によっているため、平均電流を低
く抑えて瞬間的に大電流を流すことで充分強力な磁場を
得ることができその結果、実用性に富んだ顕微鏡にな
る。
る。パルスＸ線源を用いることは二つの意味を有する。
その一はＸ線をパルス状に放射するので、平均エネルギ
ーを低くして、しかも強力なＸ線を得ることが可能とな
る。その二はパルスＸ線で試料が照射されるので、試料
或は光電面から放射される光電子もパルス状である。こ
の光電子をＸ線放射と同期したゲートパルスで開かれる
ゲートを介して検出することにより、光電子のエネルギ
ーの飛翔時間による選別が行われ、メッシュ状エネルギ
ーフィルターのようなものを用いないで光電子のエネル
ギー分析ができるので、光電子の損失がなくこ明るい像
が得られる。光電子による拡大像を得るのに発散磁場を
用いているが、この場合像の分解能は磁場強度に比例し
ている。従って強い磁場が必要で、このため超伝導コイ
ルが用いられていたが、本発明では常伝導コイルを用い
ているが、パルス励磁によっているため、平均電流を低
く抑えて瞬間的に大電流を流すことで充分強力な磁場を
得ることができその結果、実用性に富んだ顕微鏡にな
る。
（実施例） 第１図に本発明の一実施例を示す。１は高尖頭値をもつ
パルスＸ線源で、プラズマＸ線源（レーザプラズマＸ
線，又ピンチプラズマＸ線等）やパルス状のシンクロト
ロン光が適当である。Ｓは試料で基板２に密着させてあ
る。基板２は厚さ1000Å程度の膜厚をもつSi3N4で裏面
に光電膜21が形成してある。光電膜21はCsIにより形成
されており、Ｘ線照射により、Ｘ線量に比例した光電子
が試料とは反対側（図で下方）真空中に放出される。３
はセラミックよりなる真空容器で、上の窓が上述した基
板２になっており、Ｘ線源１および試料は大気中に置か
れている。真空容器３の上部は細くなっており、そこに
試料を囲むようにパルス励磁コイル４が配置されてい
る。真空容器３の下方に光電子像の受像素子としてマル
チチャンネルプレート（MCP）５が置かれその下に蛍光
板６が置かれてMCPで増強された電子像が光像に変換さ
れる。７はCCD等を用いた撮像装置で、その出力がCRT8
に影像として表示される。
パルスＸ線源で、プラズマＸ線源（レーザプラズマＸ
線，又ピンチプラズマＸ線等）やパルス状のシンクロト
ロン光が適当である。Ｓは試料で基板２に密着させてあ
る。基板２は厚さ1000Å程度の膜厚をもつSi3N4で裏面
に光電膜21が形成してある。光電膜21はCsIにより形成
されており、Ｘ線照射により、Ｘ線量に比例した光電子
が試料とは反対側（図で下方）真空中に放出される。３
はセラミックよりなる真空容器で、上の窓が上述した基
板２になっており、Ｘ線源１および試料は大気中に置か
れている。真空容器３の上部は細くなっており、そこに
試料を囲むようにパルス励磁コイル４が配置されてい
る。真空容器３の下方に光電子像の受像素子としてマル
チチャンネルプレート（MCP）５が置かれその下に蛍光
板６が置かれてMCPで増強された電子像が光像に変換さ
れる。７はCCD等を用いた撮像装置で、その出力がCRT8
に影像として表示される。
９は直流電源で大容量コンデンサＣを充電する。パルス
励磁コイル４がコンデンサＣの放電路を構成しており、
このコイル４と直列のスイッチ素子10は第１のトリガパ
ルス発生器11からトリガパルスが印加されて導通せしめ
られ、コイル４にコンデンサＣの放電電流が流れる。こ
のときの放電電流パルスの幅は100μｓ程度である。12
は遅延回路で、トリガパルス発生器から出力されるトリ
ガパルスの立上りを遅延させて第２のトリガパルス発生
器13に伝え、トリガパルス発生器13から数nsの幅のトリ
ガパルス出力される。14はＸ線源１を作動させる電源で
トリガパルス発生器13からのパルスにより瞬間的にＸ線
源１を作動させ、Ｘ線源からは数ns幅のパルスＸ線が放
射される。トリガパルス発生器13の出力パルスは遅延回
路15を介してMCP用電源16に送られ、Ｘ線パルスの発生
より遅れてMCP5に作動電圧を印加せしめる。
励磁コイル４がコンデンサＣの放電路を構成しており、
このコイル４と直列のスイッチ素子10は第１のトリガパ
ルス発生器11からトリガパルスが印加されて導通せしめ
られ、コイル４にコンデンサＣの放電電流が流れる。こ
のときの放電電流パルスの幅は100μｓ程度である。12
は遅延回路で、トリガパルス発生器から出力されるトリ
ガパルスの立上りを遅延させて第２のトリガパルス発生
器13に伝え、トリガパルス発生器13から数nsの幅のトリ
ガパルス出力される。14はＸ線源１を作動させる電源で
トリガパルス発生器13からのパルスにより瞬間的にＸ線
源１を作動させ、Ｘ線源からは数ns幅のパルスＸ線が放
射される。トリガパルス発生器13の出力パルスは遅延回
路15を介してMCP用電源16に送られ、Ｘ線パルスの発生
より遅れてMCP5に作動電圧を印加せしめる。
第２図は上述装置の動作のタイムチャートで、Ａは第１
のトリガパルス発生器の出力パルスを示し、Ｂはコイル
４に流れる励磁電流を示す。この電流のピーク幅は100
μｓ程度であるが図では時間を圧縮して書いてある。Ｃ
はトリガパルス発生器13の出力パルスで、Ａのパルスの
立上りより時間Ｔだけ遅れており、このＴは調節可能
で、Ａのパルスの立上りから励磁電流最大になる迄の時
間になるように調整される。ＤはＸ線源１から放射され
るＸ線パルスを示す。このパルスの幅は数nsである。Ｅ
は遅延回路15により遅延されたＣのパルスであり、幅は
数nsであり、このパルスのある間MCP5が作動さしめられ
る。パルスＣとＥとの間の遅延時間Ｆにより光電膜21か
ら放射された光電子のうち放射時からＦ時間かかってMC
Pに到達した電子を検出するものであり、Ｆを調節する
ことで光電子を速度即ちエネルギーによって選別して検
出することができる。撮像装置７においてCCDセルは蛍
光像の光電出力を蓄積し、撮像装置７はこの蓄積された
出力を読出し影像表示する。Ｘ線源がプラズマＸ線源の
ように高尖頭値をもつ場合は、１個のＸ線パルスで画像
化することができる。この場合リアルタイム観察が可能
になる。又従来のＸ線管球のように比較的弱いパルスの
場合は何個かのパルスが必要になる。
のトリガパルス発生器の出力パルスを示し、Ｂはコイル
４に流れる励磁電流を示す。この電流のピーク幅は100
μｓ程度であるが図では時間を圧縮して書いてある。Ｃ
はトリガパルス発生器13の出力パルスで、Ａのパルスの
立上りより時間Ｔだけ遅れており、このＴは調節可能
で、Ａのパルスの立上りから励磁電流最大になる迄の時
間になるように調整される。ＤはＸ線源１から放射され
るＸ線パルスを示す。このパルスの幅は数nsである。Ｅ
は遅延回路15により遅延されたＣのパルスであり、幅は
数nsであり、このパルスのある間MCP5が作動さしめられ
る。パルスＣとＥとの間の遅延時間Ｆにより光電膜21か
ら放射された光電子のうち放射時からＦ時間かかってMC
Pに到達した電子を検出するものであり、Ｆを調節する
ことで光電子を速度即ちエネルギーによって選別して検
出することができる。撮像装置７においてCCDセルは蛍
光像の光電出力を蓄積し、撮像装置７はこの蓄積された
出力を読出し影像表示する。Ｘ線源がプラズマＸ線源の
ように高尖頭値をもつ場合は、１個のＸ線パルスで画像
化することができる。この場合リアルタイム観察が可能
になる。又従来のＸ線管球のように比較的弱いパルスの
場合は何個かのパルスが必要になる。
第３図は磁力線と電子の運動の有様を示す。試料或は光
電面Ｐ表面の一点ｑから放出された電子ｅはその点ｑを
通る磁力線ｆにまつわるような螺旋を画きながら磁力線
ｆに沿って運動する。即ちｑから出た電子はｑ点を通る
磁力線ｆと垂直な速度成分の如何に関せず、磁力線ｆの
近傍の磁場強度が磁力線ｆに沿う磁場強度と等しいとみ
なせる場合即ち磁力線に垂直な面内の磁場変化が小さい
場合（実際そのようになっている）同じ周期で円ｃを画
き磁力線ｆ上に戻ってきて、その間に磁力線ｆの方向の
速度成分相当だけ磁力線方向に進行する。円運動の直径
が形成される像の分解能を決定し、電子の円運動の半径
は磁場と直交する速度成分が同じなら磁場強度に反比例
するので、分解能は磁場強度によって決まり、磁場強度
（磁束密度）をＢ、電子質量をｍ、電子の電荷をｅ、電
子のエネルギーをＥとすると分解能ｒは に比例する。Ｂ＝10T,E＝0.5eVでｒは約0.1μｍ速度が
得られる。
電面Ｐ表面の一点ｑから放出された電子ｅはその点ｑを
通る磁力線ｆにまつわるような螺旋を画きながら磁力線
ｆに沿って運動する。即ちｑから出た電子はｑ点を通る
磁力線ｆと垂直な速度成分の如何に関せず、磁力線ｆの
近傍の磁場強度が磁力線ｆに沿う磁場強度と等しいとみ
なせる場合即ち磁力線に垂直な面内の磁場変化が小さい
場合（実際そのようになっている）同じ周期で円ｃを画
き磁力線ｆ上に戻ってきて、その間に磁力線ｆの方向の
速度成分相当だけ磁力線方向に進行する。円運動の直径
が形成される像の分解能を決定し、電子の円運動の半径
は磁場と直交する速度成分が同じなら磁場強度に反比例
するので、分解能は磁場強度によって決まり、磁場強度
（磁束密度）をＢ、電子質量をｍ、電子の電荷をｅ、電
子のエネルギーをＥとすると分解能ｒは に比例する。Ｂ＝10T,E＝0.5eVでｒは約0.1μｍ速度が
得られる。
励磁コイル４は時間幅100μｓ程度でパルス励磁される
ので、周囲の導体に渦電流を誘起し、その誘導磁場によ
り励磁コイルの磁場が乱され、像が不規則に歪むおそれ
があるので、真空容器３は絶縁体であるセラミックで造
り、内面に導体膜を形成して導体膜に渦電流を発生さ
せ、外部に磁束が洩れないようにしてある。真空容器３
は軸対称的であるから、渦電流による磁場も軸対称的と
なり、励磁コイルが作る磁場に歪を与えず、磁場の発散
を抑えて試料位置から下方へ次第に発散する磁場の形成
に寄与する。
ので、周囲の導体に渦電流を誘起し、その誘導磁場によ
り励磁コイルの磁場が乱され、像が不規則に歪むおそれ
があるので、真空容器３は絶縁体であるセラミックで造
り、内面に導体膜を形成して導体膜に渦電流を発生さ
せ、外部に磁束が洩れないようにしてある。真空容器３
は軸対称的であるから、渦電流による磁場も軸対称的と
なり、励磁コイルが作る磁場に歪を与えず、磁場の発散
を抑えて試料位置から下方へ次第に発散する磁場の形成
に寄与する。
拡大率は光電膜上の磁場Bi,検出器での磁場をBfとする
と で示されるので、Bfを変化させて拡大率をかえることが
できる。Bfを変化させるため例えば、MCP5,蛍光板6,撮
像装置７は一体となって真空容器内で上下させることに
よって像の倍率を連続的に変えることができる。又図１
のように検出器付近にコイルを置きBfを変えることによ
っても、拡大率を変化させることができる。
と で示されるので、Bfを変化させて拡大率をかえることが
できる。Bfを変化させるため例えば、MCP5,蛍光板6,撮
像装置７は一体となって真空容器内で上下させることに
よって像の倍率を連続的に変えることができる。又図１
のように検出器付近にコイルを置きBfを変えることによ
っても、拡大率を変化させることができる。
（発明の効果） 本発明によればＸ線源および励磁コイルは共に瞬間動作
をさせるから、大設備を必要としないで強いＸ線が得ら
れ、明るい像が得られると共に強い磁場が得られて像の
分解能が高く、Ｘ線源が瞬間動作を行うので、電子の飛
翔時間差によるエネルギー分析ができるので電子の利用
効率を下げることなく、試料のＸ線光電子のエネルギー
別の像を得ることができ、試料の組織，元素組成分布等
の顕微鏡層をリアルタイムで観察することができる。
をさせるから、大設備を必要としないで強いＸ線が得ら
れ、明るい像が得られると共に強い磁場が得られて像の
分解能が高く、Ｘ線源が瞬間動作を行うので、電子の飛
翔時間差によるエネルギー分析ができるので電子の利用
効率を下げることなく、試料のＸ線光電子のエネルギー
別の像を得ることができ、試料の組織，元素組成分布等
の顕微鏡層をリアルタイムで観察することができる。
第１図は本発明の一実施例装置の縦断側面図、第２図は
同実施例の動作を説明するタイムチャート、第３図は磁
力線と電子軌道の関係を説明する図である。 １……Ｘ線源、Ｓ……試料、２……基板、21……光電
膜、３……真空容器、４……パルス励磁コイル、５……
マルチチャンネルプレート、６……蛍光板、７……撮像
装置、８……CRT。
同実施例の動作を説明するタイムチャート、第３図は磁
力線と電子軌道の関係を説明する図である。 １……Ｘ線源、Ｓ……試料、２……基板、21……光電
膜、３……真空容器、４……パルス励磁コイル、５……
マルチチャンネルプレート、６……蛍光板、７……撮像
装置、８……CRT。
Claims (1)
- 【請求項１】パルスＸ線源と、Ｘ線光電子の拡大像を形
成する発散磁場発生用常伝導パルス励磁コイルと、同コ
イルのパルス電流源と、Ｘ線光電子像受像手段と、上記
励磁コイルの励磁と同期して同コイルの発生磁場の時間
的変化が小さい時期に上記Ｘ線源を作動させ、Ｘ線光電
子像の拡大を行い、試料から放出された特定エネルギー
の電子が受像手段に到達する時間だけの遅れ時間を設定
してＸ線源の作動と同期して上記受像手段を作動させる
同期ゲートパルス発生手段とを有するＸ線顕微鏡。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1219473A JPH0718960B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | Ｘ線顕微鏡 |
| US07/494,443 US5045696A (en) | 1989-03-31 | 1990-03-16 | Photoelectron microscope |
| DE69030835T DE69030835T2 (de) | 1989-03-31 | 1990-03-21 | Photoelektronenmikroskop |
| EP90105365A EP0389952B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-03-21 | A photoelectron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1219473A JPH0718960B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | Ｘ線顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0383000A JPH0383000A (ja) | 1991-04-08 |
| JPH0718960B2 true JPH0718960B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=16735983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1219473A Expired - Lifetime JPH0718960B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-08-25 | Ｘ線顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0718960B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2764505B2 (ja) * | 1992-07-09 | 1998-06-11 | 工業技術院長 | 電子分光方法とこれを用いた電子分光装置 |
| JP3573725B2 (ja) | 2001-08-03 | 2004-10-06 | 川崎重工業株式会社 | Ｘ線顕微鏡装置 |
| JP3794983B2 (ja) * | 2002-05-27 | 2006-07-12 | 川崎重工業株式会社 | Ｘ線顕微鏡の電子加速空間構造 |
-
1989
- 1989-08-25 JP JP1219473A patent/JPH0718960B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0383000A (ja) | 1991-04-08 |
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