JPH07270348A - X-ray photoelectron spectroscope - Google Patents

X-ray photoelectron spectroscope

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JPH07270348A
JPH07270348A JP6060435A JP6043594A JPH07270348A JP H07270348 A JPH07270348 A JP H07270348A JP 6060435 A JP6060435 A JP 6060435A JP 6043594 A JP6043594 A JP 6043594A JP H07270348 A JPH07270348 A JP H07270348A
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photoelectrons
energy
sample
disturbance
ray
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Hideki Yoshikawa
英樹 吉川
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Abstract

PURPOSE:To track with a high time resolution a transient change of a composition or a chemical coupling state of a substance with a simple X-ray photoelectron spectroscope using a commercially available X-ray tube. CONSTITUTION:The apparatus is based on a photoelectron spectroscope using a soft X-ray generator 13. A deflection plate 9 is set between a sample 1 as a source of photoelectrons and an energy analyzer 11. A detection gate for photoelectrons which consists of the deflection plate 9 and a diaphragm 8 is opened/closed in synchronization with the impression of a pulse voltage or a pulse light as outer disturbances to the sample 1. Photoelectrons 10 are taken into the energy analyzer 11 for a minute time DELTAtau after a predetermined delay time tau from an outer disturbance pulse 12, thereby to detect an energy spectrum. Because of the sweeping of the delay time tau, transient change of a surface state of the sample 1 can be tracked with a high time resolution. When a secondary electron multiplier tube which can detect a reaching position of photoelectrons of diffused energy is used in a detector 14 of the energy analyzer 11, a measuring time is furthermore shortened.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線光電子分光装置に
関し、特に、電場、磁場或いは光などの外乱に対する物
質の組成或いは化学結合状態の過渡変化を追跡するため
の、時間分解X線光電子分光装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray photoelectron spectroscope, and more particularly to a time-resolved X-ray photoelectron for tracking transient changes in the composition or chemical bonding state of substances with respect to disturbances such as electric field, magnetic field or light. The present invention relates to a spectroscopic device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子銃から放射された電子ビームを静電
偏向板または偏向コイルで高速にブランキングし、シリ
コン基板などに直接回路パターンを描画する電子ビーム
露光技術は良く知られるところである。又、上記の電子
ビーム露光技術を応用して、集積回路の動特性を可視化
できる走査電子顕微鏡も開発されている。これは、裏克
巳、藤岡 弘編、「電子顕微鏡で見るLSIの世界」、
第70〜第71頁、日刊工業新聞社(1990年)に記
載されているように、電子顕微鏡からの電子ビームを、
観察部位に印加される周期的電圧に同期させてパルス状
に照射するもので、得られる二次電子像が集積回路の電
位分布のストロボ写真となっている装置である。いま、
集積回路が信号発生器から信号を供給され、被測定電極
上の電圧が周期的に変っているとする。このとき、電圧
波形のある一定の位相に着目すると、同じ電圧が繰返し
表われる。そこで、電子顕微鏡からの電子ビームを回路
電圧の周期に同期させて、ある一定の位相の瞬間にだけ
パルス状に繰返し被測定電極上に照射すると、パルス電
子ビームは常に同一位相のとき、つまり同一の電圧のと
きに試料を照射することになる。すなわち、その位相で
“凍結された”電位コントラスト像が観察できる。この
電位コントラスト像は、その位相における電圧にのみ対
応するものとなり、検出信号にはその位相での情報だけ
しか含まれていないので、たとえ電圧変化がナノ秒更に
はピコ秒オーダーの超高速現象であっても、電位コント
ラスト像の観察には普通の走査電子顕微鏡用のビデオ帯
域の検出器をそのまま用いることができる。上述のスト
ロボ走査電子顕微鏡観察におけるプローブとしての電子
ビームは、これをパルスレーザーに替えれば、吸光およ
び蛍光の時間分解測定を行うことができる。このよう
に、パルス状のプローブを用いて時間分解測定を行うス
トロボ観察手法は、物質の状態変化の過渡現象を追跡す
る手法として非常に有効な方法である。
2. Description of the Related Art An electron beam exposure technique in which an electron beam emitted from an electron gun is blanked at high speed by an electrostatic deflection plate or a deflection coil to draw a circuit pattern directly on a silicon substrate or the like is well known. Further, a scanning electron microscope capable of visualizing the dynamic characteristics of an integrated circuit has also been developed by applying the above electron beam exposure technique. This is edited by Katsumi Ura and Hiroshi Fujioka, "The World of LSI Seen with an Electron Microscope,"
As described in Nikkan Kogyo Shimbun (1990), pages 70 to 71, an electron beam from an electron microscope is used.
It is a device that irradiates in a pulse shape in synchronization with the periodic voltage applied to the observation site, and the obtained secondary electron image is a stroboscopic photograph of the potential distribution of the integrated circuit. Now
It is assumed that the integrated circuit is supplied with a signal from a signal generator and the voltage on the electrode under test changes periodically. At this time, paying attention to a certain phase of the voltage waveform, the same voltage appears repeatedly. Therefore, when the electron beam from the electron microscope is synchronized with the cycle of the circuit voltage and is radiated onto the electrode to be measured in a pulsed manner only at the moment of a certain phase, the pulsed electron beam always has the same phase, that is, the same. The sample is irradiated at the voltage of. That is, a "frozen" potential contrast image can be observed at that phase. This potential contrast image corresponds only to the voltage at that phase, and the detection signal contains only information at that phase, so even if the voltage change is an ultra-high-speed phenomenon of nanosecond or even picosecond order. Even so, an ordinary video band detector for a scanning electron microscope can be used as it is for observing a potential contrast image. When the electron beam as a probe in the above-described stroboscopic scanning electron microscope observation is replaced with a pulse laser, time-resolved measurement of absorption and fluorescence can be performed. As described above, the stroboscopic observation method in which the time-resolved measurement is performed using the pulsed probe is a very effective method as a method for tracking the transient phenomenon of the state change of the substance.

【0003】同様の概念は光電子分光においても採用さ
れており、一例として、フィジカル・レビュー・レター
ズ(Phsical Review Letter
s)、第67巻、第1553頁、1991年に報告され
ているパルスレーザーを用いる分光方法が挙げられる。
図2は、そこで用いられた装置の模式的構成図である。
同図を参照して、ここでは、試料1としてゲルマニウム
を用い、そのゲルマニウムに外乱として1.76evの
ピコ秒色素レーザー2を、図示するようにパルス状に照
射して、ゲルマニウム(試料1)の価電子を非占有状態
に励起させる。そして、上記の外乱印加からある遅延時
間τの後に、10.56evの色素レーザーの高次高調
波3により外乱印加に同期して、励起電子を光電子パル
ス4として試料外に取出す。取出された光電子4はある
飛行時間の後に二次電子増倍管5に検出されるので、そ
の測定した飛行時間を換算して光電子のエネルギーを求
めている。この方法で遅延時間τを掃引し各遅延時間に
おける光電子強度を測定して、励起電子が基底状態に戻
るまでの時間の計測を行っている。
A similar concept is also adopted in photoelectron spectroscopy, and as an example, Physical Review Letters (Physical Review Letter).
s), Vol. 67, p. 1553, 1991, a spectroscopic method using a pulse laser is mentioned.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an apparatus used therein.
Referring to the figure, here, germanium is used as the sample 1, and the germanium is irradiated with a picosecond dye laser 2 of 1.76 ev as a disturbance in a pulsed manner as shown in the figure, so that the germanium (sample 1) Excite the valence electrons to the unoccupied state. Then, after a certain delay time τ from the application of the disturbance, the excited electrons are taken out of the sample as a photoelectron pulse 4 in synchronization with the application of the disturbance by the higher harmonic 3 of the dye laser of 10.56 ev. Since the extracted photoelectrons 4 are detected by the secondary electron multiplier 5 after a certain flight time, the measured flight time is converted to obtain the photoelectron energy. The delay time τ is swept by this method, the photoelectron intensity at each delay time is measured, and the time until the excited electrons return to the ground state is measured.

【0004】その他のパルス光を用いた光電子分光の例
としては、シンクロトロン放射光によるものが同誌の第
68巻、第1014頁、1992年に紹介されている。
ここでは、上述のパルス色素レーザーに替ってシンクロ
トロン放射光のパルスが、砒化ガリウムの内核準位スペ
クトルの時間分解測定に利用されている。
As another example of photoelectron spectroscopy using pulsed light, one using synchrotron radiation is introduced in Vol. 68, page 1014, 1992.
Here, instead of the above-mentioned pulsed dye laser, a pulse of synchrotron radiation is used for time-resolved measurement of the inner nuclear level spectrum of gallium arsenide.

【0005】本発明との関連において、これまで述べた
幾つかのストロボ観察手法・装置に特徴的なのは、それ
らがいずれもパルス状のプローブを用いて、高速な過渡
現象の追跡を可能にしていることである。
In connection with the present invention, some of the stroboscopic observation methods / devices described so far are characterized in that they all use a pulsed probe to enable high-speed tracking of transient phenomena. That is.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、パルスレーザ
ーを用いる従来のX線光電子分光装置は高い時間分解能
を持つものの、物質の組成及び化学結合状態を知る指標
である試料構成元素の内殻準位を励起するのに必要な、
数百eVのエネルギーをパルスレーザーで実現すること
は困難である。
However, although the conventional X-ray photoelectron spectrometer using a pulse laser has a high time resolution, the core levels of the constituent elements of the sample, which are indicators for knowing the composition and chemical bond state of the substance, are obtained. Needed to excite
It is difficult to realize energy of several hundreds eV with a pulse laser.

【0007】一方、シンクロトロン放射光を用いる装置
は、入射プローブにX線を使用できるので、分析に必要
な十分高いエネルギーを物質に与えることができる。し
かしながら、放射光施設そのものが高エネルギー物理学
研究の分野に属し多くは共同利用施設であることから、
その利用に時間的制約が非常に強く実用性に乏しい。例
えば、米国ブルックヘブン(BROOKHAVEN)国
立研究所の放射光施設の例では、シンクロトロン放射光
自身を時間分解測定用の動作モード(シングルバンチ・
モード)にする必要があり、時間分解X線光電子分光分
析に使用できる時間はごく限られている。国内では、一
例として高エネルギー物理学研究所のフォトン・ファク
トリー(Photon Factory)などが利用可
能であるが、ここでも上述したと同様の事情により、時
間分解測定用に利用できるのは、例えば年間に1週間程
度でしかない。このようなことから、シンクロトロン放
射光を用いた時間分解測定は、普及が困難な特殊な分析
技術であるといえる。
On the other hand, the apparatus using synchrotron radiation can use X-rays for the incident probe, and therefore can give sufficiently high energy necessary for analysis to the substance. However, since the synchrotron radiation facility itself belongs to the field of high energy physics research and many are shared use facilities,
Its use is very time-constrained and impractical. For example, in the example of the synchrotron radiation facility of Brookhaven National Laboratory in the United States, the operation mode (single bunch
Mode), and the time available for time-resolved X-ray photoelectron spectroscopy is very limited. In Japan, for example, Photon Factory (Photon Factory) of the Institute for High Energy Physics can be used. However, due to the same situation as described above, it can be used for time-resolved measurement, for example, in a year. It's only about a week. Therefore, it can be said that time-resolved measurement using synchrotron radiation is a special analysis technique that is difficult to spread.

【0008】したがって本発明の目的は、物質の組成或
いは化学結合状態のナノ秒オーダーまでの高速な時間変
化を追跡できる実用的な装置を提供することにある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a practical device capable of tracking a rapid change in the composition of a substance or the state of chemical bonding to the nanosecond order.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のX線光電子分光
装置は、試料を連続的に照射するX線を発生するための
X線源と、試料に、電場、磁場或いは光などのような外
乱を与えるための手段と、X線の照射により試料のX線
照射面から放出された光電子からそのX線照射面の縮小
像を形成するための電子光学系と、前述の縮小像の結像
面に位置する小孔の絞りと、上記の電子光学系と絞りと
の間に配置されて電子光学系を通過した光電子を偏向す
るための偏向系と、絞りを通過した光電子を取込んでそ
の運動エネルギー分布を測定するエネルギー分析器とを
含んで成り、印加される外乱に対する物質表面の状態の
時間的応答特性を測定するために、試料にX線を連続的
に照射している状態で試料に前述のような外乱を周期的
なパルスとして印加すると共に、そのパルス状外乱をト
リガとして偏向系を通過する光電子に偏向を加えるよう
に構成することにより、絞りを通してのエネルギー分析
器への光電子の取込みに、外乱に同期して開閉するゲー
トを設けたことを特徴とする。
The X-ray photoelectron spectroscopy apparatus of the present invention includes an X-ray source for generating X-rays for continuously irradiating a sample, and an electric field, a magnetic field, light, or the like on the sample. Means for giving a disturbance, an electron optical system for forming a reduced image of the X-ray irradiation surface from the photoelectrons emitted from the X-ray irradiation surface of the sample by irradiation of X-rays, and formation of the above-mentioned reduced image A small aperture located on the surface, a deflection system arranged between the electron optical system and the aperture for deflecting the photoelectrons that have passed through the electron optical system, and a photoelectron that has passed through the aperture and that An energy analyzer for measuring a kinetic energy distribution is included, and the sample is continuously irradiated with X-rays in order to measure the time response characteristic of the state of the material surface to the applied disturbance. The above disturbance is marked as a periodic pulse in In addition, the pulsed disturbance is used as a trigger to deflect the photoelectrons passing through the deflection system, and a gate that opens and closes in synchronism with the disturbance is provided when the photoelectrons are taken into the energy analyzer through the diaphragm. It is characterized by that.

【0010】又、本発明のX線光電子分光装置は、上述
のような構成のX線光電子分光装置において、エネルギ
ー分析器の光電子検出器に、エネルギー分散された光電
子の到達位置検出が可能な二次電子増倍管用いたことを
特徴とする。
The X-ray photoelectron spectroscope of the present invention is the X-ray photoelectron spectroscope having the above-mentioned structure, and the photoelectron detector of the energy analyzer can detect the arrival position of the photoelectrons dispersed in energy. It is characterized by using a secondary electron multiplier.

【0011】[0011]

【作用】本発明のX線光電子分光装置は、測定プローブ
にX線を用いるので、パルスレーザー光をプローブとし
て用いる分光装置とは異って、分析に必要な高いエネル
ギーが得られる。しかも、その測定プローブとしての照
射X線にはパルスX線を用いるのではなく連続X線を用
いるので、市販の連続X線源が使用できる。したがって
本発明の分光装置は、シンクロトロン放射光を用いる分
光装置に比べて非常に実用性が高い。
Since the X-ray photoelectron spectroscope of the present invention uses X-rays as the measuring probe, unlike the spectroscope using pulsed laser light as a probe, high energy required for analysis can be obtained. Moreover, since continuous X-rays are used instead of pulse X-rays as irradiation X-rays as the measuring probe, a commercially available continuous X-ray source can be used. Therefore, the spectroscopic device of the present invention is much more practical than a spectroscopic device using synchrotron radiation.

【0012】本発明は、前述のストロボ測定手法の高速
動作に着目したものであるが、この原理を測定プローブ
(照射X線)に適用するのではなく、試料より放出され
た光電子に適用することにより、通常のX線管を用いた
実用的な装置で高い時間分解能の電子分光を行うもので
ある。すなわち、本発明の光電子X線分光装置において
は、測定プローブをパルスX線から連続X線に変える替
りに、放出された光電子のエネルギー分析器への取込み
の方に外乱に同期したブランキングを施すことによっ
て、ストロボ分光の持つ高い時間分解能を確保してい
る。
The present invention focuses on the high-speed operation of the strobe measuring method described above, but applies this principle to the photoelectrons emitted from the sample, not to the measuring probe (irradiated X-ray). Thus, electron spectroscopy with high time resolution is performed with a practical device using a normal X-ray tube. That is, in the photoelectron X-ray spectroscopic apparatus of the present invention, instead of changing the measuring probe from the pulse X-ray to the continuous X-ray, blanking synchronized with the disturbance is applied to the intake of the emitted photoelectrons into the energy analyzer. This ensures the high time resolution of stroboscopic spectroscopy.

【0013】[0013]

【実施例】以下に、本発明の好適な実施例について、図
面を参照して説明する。本発明の一実施例の構成を模式
的に示す図1(a)を参照して、本発明に特徴的なの
は、プローブとしてのX線6がパルスではなく連続X線
であることと、電子レンズ7と絞り8との間に偏向板9
を設け、光電子10をエネルギー分析器11に取込む前
にこれに偏向を加えていることとである。本実施例にお
いては、試料1にプローブとしてのX線6を連続的に照
射している状態で、図1(b)に示すように、試料1に
電場、磁場あるいは光などの外乱を周期的なパルス12
として加える。このパルス入力をトリガとして、外乱印
加から遅延時間τだけ経過した後に、偏向板9に加えて
いる電圧を微小時間△τの間だけ切ってブランキングを
停止し、光電子10が絞り8を通るようにしてエネルギ
ー分析器11に取込む。この遅延時間τを色々変えるこ
とにより、つまり掃引することにより、時間分解スペク
トルが得られる。尚、時間△τは1外乱パルス当りのエ
ネルギー分光に必要な時間であって、これが時間分解能
となる。以下に、本実施例の構成をより具体的に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. With reference to FIG. 1A schematically showing the configuration of an embodiment of the present invention, it is characteristic of the present invention that the X-ray 6 as a probe is not a pulse but a continuous X-ray, and an electron lens. Deflection plate 9 between 7 and diaphragm 8
Is provided, and the photoelectrons 10 are deflected before being taken into the energy analyzer 11. In the present embodiment, in the state where the sample 1 is continuously irradiated with the X-ray 6 as a probe, as shown in FIG. 1B, the sample 1 is periodically subjected to disturbance such as an electric field, a magnetic field, or light. Pulse 12
Add as. Using this pulse input as a trigger, after the delay time τ has elapsed from the application of the disturbance, the voltage applied to the deflection plate 9 is cut for a minute time Δτ to stop the blanking so that the photoelectrons 10 pass through the diaphragm 8. And take it into the energy analyzer 11. By changing this delay time τ variously, that is, by sweeping, a time-resolved spectrum can be obtained. The time Δτ is the time required for energy spectroscopy per disturbance pulse, and this is the time resolution. The configuration of this embodiment will be described more specifically below.

【0014】X線発生装置13は、Al、Mgのツイン
アノード型の市販の軟X線管で、出力は500ワットで
ある。
The X-ray generator 13 is a commercially available soft X-ray tube of the twin anode type of Al and Mg and has an output of 500 watts.

【0015】電子レンズ7は、試料1のX線照射面から
の光電子10を絞り8上に結像させるためのものであ
る。絞り8は金属板に小孔を設けたものである。より大
きな光電子強度を得るため、試料1の広範囲から光電子
を集光する必要があるので、電子レンズ7は絞り8上に
物面(試料1の光電子放出面)の縮小像を結像するよう
に設定している。
The electron lens 7 is for focusing the photoelectrons 10 from the X-ray irradiation surface of the sample 1 on the diaphragm 8. The diaphragm 8 is a metal plate provided with small holes. Since it is necessary to collect photoelectrons from a wide range of the sample 1 in order to obtain a higher photoelectron intensity, the electron lens 7 forms a reduced image of the object plane (photoelectron emission surface of the sample 1) on the diaphragm 8. It is set.

【0016】偏向板9は、電子レンズ7を通った光電子
を偏向させることによって、光電子をブランキングす
る。すなわち、通常は偏向板9に加えられる電圧によっ
て偏向板9の間を飛行中の光電子を偏向させ、小孔の絞
り8を通過できないようにしておくが、図1(b)中の
時間△τの間だけ偏向電圧を切り偏向を解除して、光電
子が絞り8を通過し、エネルギー分析器11に入射する
ようにする。
The deflector 9 blanks the photoelectrons by deflecting the photoelectrons that have passed through the electron lens 7. That is, normally, the voltage applied to the deflecting plate 9 deflects the photoelectrons in flight between the deflecting plates 9 so that they cannot pass through the aperture 8 of the small hole, but the time Δτ in FIG. The deflection voltage is cut only during the period to cancel the deflection so that the photoelectrons pass through the diaphragm 8 and enter the energy analyzer 11.

【0017】エネルギー分析器11は、静電半球型のも
のである。その検出器14は、エネルギー分散された光
電子の到達位置を二次元で検出可能な二次電子増倍管か
らなっている。この検出器14は、二次電子増倍管が二
次元にマトリクス状に配列された構造のもので、既に実
用化されているものが利用できる。例えば、ジャーナル
・オブ・エレクトロン・スペクトロスコピー・アンド・
リレイテッド・フェノメナ(Journal of E
lectron SpectroscopyandRe
lated Phenomena)、第52巻、第74
7頁、1990年に報告されている光電子分光装置にお
いては、マルチチャンネルプレートなる名称の二次元方
向に密に配列した二次電子増倍管を用いており、約60
μmの空間分解能を達成している。
The energy analyzer 11 is of the electrostatic hemisphere type. The detector 14 is composed of a secondary electron multiplier capable of detecting the arrival position of energy-dispersed photoelectrons in two dimensions. The detector 14 has a structure in which secondary electron multipliers are two-dimensionally arranged in a matrix, and a detector already in practical use can be used. For example, Journal of Electron Spectroscopy and
Related Phenomena (Journal of E
electron SpectroscopyandRe
later Phenomena), Volume 52, 74
The photoelectron spectrometer reported in page 7, 1990 uses a multi-channel plate, which is a secondary electron multiplier tube densely arranged in the two-dimensional direction.
A spatial resolution of μm is achieved.

【0018】偏向板(または偏向コイル)の位置として
は、エネルギー分析器内に配置することもできるが、本
実施例では電子レンズ7部側に偏向板9を配置した。高
いエネルギー分解能の電子スペクトルを得るにはエネル
ギー分析器内を飛行する電子の速度を極力遅くする必要
があり、通常、光電子がエネルギー分析器に入る以前に
減速する。光電子の速度が遅くなるとその飛行時間が長
くなり時間分解能が低下することから、本実施例では、
光電子10が減速され切る前の電子レンズ7部側に偏向
板9を配置した。
The position of the deflecting plate (or the deflecting coil) may be arranged in the energy analyzer, but in this embodiment, the deflecting plate 9 is arranged on the electron lens 7 side. In order to obtain an electron spectrum with high energy resolution, it is necessary to make the velocity of the electrons flying in the energy analyzer as slow as possible, and usually the photoelectrons slow down before entering the energy analyzer. When the speed of the photoelectrons becomes slow, the flight time becomes long and the time resolution decreases, so in this embodiment,
The deflecting plate 9 is arranged on the side of the electron lens 7 before the photoelectrons 10 are completely decelerated.

【0019】図1(a)で、X線6が試料1に連続的に
照射されている状態で、試料1に電場或いは光などの外
乱パルス12を印加する。そして、これより遅延時間τ
の後に偏向板9をオフし、絞り8上に結像させた光電子
10を時間△τの時間だけエネルギー分析器11内に取
込みエネルギー分散させた後、光電子の到達位置を検出
器14で検出する。
In FIG. 1A, a disturbance pulse 12 such as an electric field or light is applied to the sample 1 while the sample 1 is continuously irradiated with the X-ray 6. From this, the delay time τ
After that, the deflection plate 9 is turned off, the photoelectrons 10 imaged on the diaphragm 8 are taken into the energy analyzer 11 for a time Δτ, and the energy is dispersed, and then the arrival position of the photoelectrons is detected by the detector 14. .

【0020】エネルギー分析器11内で異るエネルギー
を持つ光電子は、その軌道がエネルギー分散された後、
検出器14上の異る位置(図1(a)において、紙面左
右方向軸上の異る位置)に到達する。従って、光電子の
到達位置検出が可能な検出器を用いれば、エネルギー分
析器の印加電圧を掃引しなくても、異るエネルギーの光
電子を一度に検出できる。つまり、原理的には一回の外
乱パルス12で、遅延時間τにおける全エネルギースペ
クトルを得ることができる。これに対して、検出器が光
電子の到達位置検出機能を持たない場合は、1外乱パル
スに対して1エネルギースペクトルが検出できるだけで
あるので、求める全エネルギースペクトルを検出するに
は、エネルギー分析器の印加電圧を掃引しなければなら
ない。すなわち、ある遅延時間τにおける全エネルギー
スペクトルを検出するには、エネルギー分析器への印加
電圧と遅延時間τとを決めておいて外乱パルスを印加
し、その印加電圧に相当するエネルギーの光電子を検出
し、次に、遅延時間をτに固定しておいて、エネルギー
分析器への印加電圧を変え、その印加電圧に相当するエ
ネルギーを持つ光電子を検出するという操作を繰返し行
って始めて、全エネルギースペクトルが得られることに
なる。従って、同じエネルギースペクトルを得るのに、
本実施例に比べて測定時間が非常に長くなる。本実施例
は、検出器14に光電子の到達位置検出が可能な二次電
子増倍管を用いているので、上記のような、エネルギー
分析器11の印加電圧掃引は必要ない。これにより、エ
ネルギー広がりが数eVと小さい原子の内殻準位スペク
トルを観察するときは、ブランキング動作のみで、必要
な全エネルギースペクトルの時間変化を短時間で追跡す
ることができる。尚、本実施例において検出器14は、
光電子の到達位置を二次元で検出可能であるが、上述の
説明から明かなように、到達光電子の位置検出は、一次
元(紙面左右方向)だけでもよい。二次元検出が可能な
検出器であれば、図1(a)において紙面垂直方向に広
がりを持つ光電子も検出することができるので、より大
きな光電子強度を得ることができ、その分、S/N比が
向上する。
The photoelectrons having different energies in the energy analyzer 11 have their trajectories dispersed in energy, and
It reaches different positions on the detector 14 (in FIG. 1A, different positions on the horizontal axis of the paper). Therefore, by using a detector capable of detecting the arrival position of photoelectrons, photoelectrons of different energies can be detected at a time without sweeping the applied voltage of the energy analyzer. That is, in principle, the total energy spectrum at the delay time τ can be obtained with one disturbance pulse 12. On the other hand, if the detector does not have the function of detecting the position where the photoelectrons arrive, only one energy spectrum can be detected for one disturbance pulse. The applied voltage must be swept. That is, in order to detect the total energy spectrum at a certain delay time τ, the applied voltage to the energy analyzer and the delay time τ are determined, a disturbance pulse is applied, and photoelectrons with energy corresponding to the applied voltage are detected. Then, the delay time is fixed to τ, the applied voltage to the energy analyzer is changed, and the photoelectrons having the energy corresponding to the applied voltage are detected repeatedly. Will be obtained. Therefore, to get the same energy spectrum,
The measurement time is extremely long as compared with the present embodiment. In this embodiment, since the detector 14 is a secondary electron multiplier capable of detecting the arrival position of photoelectrons, the applied voltage sweep of the energy analyzer 11 as described above is not necessary. Thereby, when observing the core level spectrum of an atom whose energy spread is as small as a few eV, it is possible to trace the necessary time change of the total energy spectrum in a short time only by the blanking operation. In the present embodiment, the detector 14 is
Although the arrival position of the photoelectron can be detected in two dimensions, the position of the arrival photoelectron may be detected in only one dimension (left-right direction on the paper surface), as is clear from the above description. If the detector is capable of two-dimensional detection, it is possible to detect photoelectrons having a spread in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. The ratio is improved.

【0021】本実施例の時間分解X線光電子分光装置
は、上述したような構成で、従来の実用の装置では困難
であった時間応答現象の追跡を可能としている。
The time-resolved X-ray photoelectron spectroscopic apparatus of this embodiment has the above-described structure and enables tracking of the time response phenomenon which was difficult with the conventional practical apparatus.

【0022】尚、本実施例のように、プローブX線では
なく放出された光電子の方に外乱に同期したブランキン
グを施すように構成した装置で、マイクロ秒より遅い現
象に対しては、エネルギー分光された後に検出された光
電子による電流パルスに電子回路でゲートを掛ける手法
が、簡便であり且つ上述のようにブランキングで強度を
落すことがないので、より実用的である。但し、この方
法でより速い時間変化を追うには、エネルギー分析器内
での光電子の飛行時間を速める必要があり、これはエネ
ルギー分解能の低下をもたらす。つまり、検出器以後で
ゲートを掛ける方法において、時間分解能とエネルギー
分解能とは相反する関係にあるので、実用的な1ev以
下のエネルギー分解能を保ったままマイクロ秒より高速
の時間変化を追うには本実施例のように構成する方が好
ましい。
It should be noted that, as in the present embodiment, a device configured to perform blanking in synchronization with the disturbance not on the probe X-rays but on the emitted photoelectrons, and the energy for the phenomenon slower than microseconds The method of gating the current pulse by the photoelectrons detected after being spectrally separated by the electronic circuit is simpler and more practical because it does not reduce the intensity by blanking as described above. However, in order to follow a faster time change with this method, it is necessary to speed up the flight time of photoelectrons in the energy analyzer, which causes a decrease in energy resolution. That is, in the method of applying a gate after the detector, since the time resolution and the energy resolution have a contradictory relationship, it is necessary to follow the time change faster than microsecond while keeping the practical energy resolution of 1 ev or less. It is preferable to configure as in the embodiment.

【0023】尚また、一般に、入手が比較的容易な数百
ワット級のX線管を使用した装置では、X線強度が小さ
いので、実用的なS/N比のスペクトルを得るには数分
から時には数時間の測定時間を要するものである。本発
明のX線光電子分光装置においてもそのような測定時間
の増加は免れないが、その場合には、高速の時間分解測
定のサイクルを多数回繰返し、最終的に同じ遅延時間の
データを積算すればよい。
Further, generally, in an apparatus using an X-ray tube of several hundred watt class, which is relatively easy to obtain, the X-ray intensity is small, so that it takes several minutes to obtain a practical S / N ratio spectrum. Sometimes it takes several hours of measurement time. Even in the X-ray photoelectron spectrometer of the present invention, such an increase in measurement time is unavoidable, but in that case, a cycle of high-speed time-resolved measurement is repeated many times, and finally data of the same delay time is integrated. Good.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のX線光電
子分光装置は、測定プローブをパルスX線から連続X線
に変えて市販のX線管が使えるようにして装置を簡便に
し実用性を高めると共に、測定プローブの連続X線への
変更する替りに、放出された光電子のエネルギー分析器
への取込みの方に外乱に同期したブランキングを施すよ
うにして、ストロボ分光の持つ高い時間分解能を確保し
ている。
As described above, the X-ray photoelectron spectroscopic apparatus of the present invention is simple and practical because the commercially available X-ray tube can be used by changing the measuring probe from the pulse X-ray to the continuous X-ray. The high temporal resolution of stroboscopic spectroscopy is achieved by performing a blanking synchronized with the disturbance on the intake of emitted photoelectrons into the energy analyzer, instead of changing the measurement probe to continuous X-rays. Has been secured.

【0025】これにより、本発明によれば、ナノ秒オー
ダーの時間分解能を持ちしかも実用性の高いX線光電子
分光装置が実現可能となり、物質の組成或いは化学結合
状態の過渡変化を簡便に高い時間分解能で追跡すること
が可能となる。
As a result, according to the present invention, an X-ray photoelectron spectrometer having a nanosecond-order time resolution and high practicality can be realized, and transient changes in the composition or chemical bond state of a substance can be easily performed for a long time. It becomes possible to track with resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の模式的構成図及び印加電圧
のタイムチャートを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration diagram of one embodiment of the present invention and a time chart of applied voltage.

【図2】従来のX線光電子分光装置の模式的構成図であ
る。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional X-ray photoelectron spectroscopy apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 試料 2 励起用色素パルスレーザー 3 光電子放出用色素パルスレーザー 4 光電子パルス 5 二次電子増倍管 6 X線 7 電子レンズ 8 絞り 9 偏向板 10 光電子 11 エネルギー分析器 12 外乱パルス 13 X線発生装置 14 検出器 1 Sample 2 Excitation dye pulse laser 3 Dye pulse laser for photoemission 4 Photoelectron pulse 5 Secondary electron multiplier 6 X-ray 7 Electron lens 8 Aperture 9 Deflection plate 10 Photoelectron 11 Energy analyzer 12 Disturbance pulse 13 X-ray generator 14 detector

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に励起X線を照射し放出された光電
子の運動エネルギー分布を測定するX線光電子分光装置
において、 前記試料に前記励起X線を連続して照射する手段と、 前記試料に電場、磁場或いは光などのような外乱を周期
的パルスとして与える手段と、 前記放出光電子を取込んでエネルギー分光するエネルギ
ー分光手段と、 前記エネルギー分光手段への前記放出光電子の取込みを
前記外乱の印加に同期させる手段及び、エネルギー分光
された後の光電子による電流パルスの検出を前記外乱の
印加に同期させる手段のいずれか一方と、を備えること
を特徴とするX線光電子分光装置。
1. An X-ray photoelectron spectrometer for irradiating a sample with excited X-rays and measuring the kinetic energy distribution of emitted photoelectrons, comprising: a unit for continuously irradiating the sample with the excited X-rays; A means for giving a disturbance such as an electric field, a magnetic field, or light as a periodic pulse, an energy spectroscopic means for taking in the emitted photoelectrons to perform energy spectroscopy, and an application of the disturbance for taking in the emitted photoelectrons to the energy spectroscopic means. An X-ray photoelectron spectroscopic apparatus comprising: one of a means for synchronizing with the application of the disturbance and a means for synchronizing detection of a current pulse by photoelectrons after energy spectroscopy.
【請求項2】 試料を連続的に照射するX線を発生する
ためのX線源と、 前記試料に、電場、磁場或いは光などのような外乱を与
えるための手段と、 前記X線の照射により前記試料のX線照射面から放出さ
れた光電子から前記X線照射面の縮小像を形成するため
の電子光学系と、 前記縮小像の結像面に位置する小孔の絞りと、 前記電子光学系と前記絞りとの間に配置されて前記電子
光学系を通過した光電子を偏向するための偏向系と、 前記絞りを通過した光電子を取込んでその運動エネルギ
ー分布を測定するエネルギー分析器とを含んで成り、 印加される外乱に対する物質表面の状態の時間的応答特
性を測定するために、前記試料に前記X線を連続的に照
射している状態で前記試料に前記外乱を周期的なパルス
として印加すると共に、そのパルス状外乱をトリガとし
て前記偏向系を通過する光電子に偏向を加えるように構
成することにより、前記絞りを通しての前記エネルギー
分析器への光電子の取込みに、前記外乱に同期して開閉
するゲートを設けたことを特徴とするX線光電子分光装
置。
2. An X-ray source for generating X-rays for continuously irradiating a sample, means for giving a disturbance such as an electric field, a magnetic field or light to the sample, and irradiation of the X-rays. An electron optical system for forming a reduced image of the X-ray irradiation surface from photoelectrons emitted from the X-ray irradiation surface of the sample, an aperture of a small hole located on the image formation surface of the reduced image, and the electron A deflection system arranged between the optical system and the diaphragm for deflecting photoelectrons that have passed through the electron optical system, and an energy analyzer that takes in the photoelectrons that have passed through the diaphragm and measures the kinetic energy distribution thereof. In order to measure the time response characteristic of the state of the material surface to the applied disturbance, the disturbance is periodically applied to the sample while the X-ray is continuously irradiated to the sample. While applying as a pulse, A gate that opens and closes in synchronism with the disturbance is provided when the photoelectrons passing through the deflection system are deflected by using a pulsed disturbance as a trigger to take in the photoelectrons into the energy analyzer. An X-ray photoelectron spectroscopy apparatus characterized by the above.
【請求項3】 請求項2記載のX線光電子分光装置にお
いて、 前記エネルギー分析器の光電子検出器に、エネルギー分
散された光電子の到達位置の検出が可能な二次電子増倍
管を用いたことを特徴とするX線光電子分光装置。
3. The X-ray photoelectron spectrometer according to claim 2, wherein the photoelectron detector of the energy analyzer is a secondary electron multiplier capable of detecting the arrival position of the photoelectrons having energy dispersion. An X-ray photoelectron spectroscopy apparatus characterized by:
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