JPH08506899A - ゴニオメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 被検結晶試料を旋回させることができる複数の軸と、放射源と、ブラッグ反射用の検出器と、蛍光放射用の検出器とを有し、格子形状及び化学組成の同時測定を可能にするゴニオメータにおいて、ホルダ（１）内に固定された、蛍光放射用の検出器（２）はその表面が試料（３）に対して平行に広がり、かつ反射が旋回可能なアーム（５）内に固定されたブラッグ検出器（６）で及び蛍光放射が蛍光検出器（２）で同時に観察可能であるように、試料（３）と共に旋回可能に試料台（４）に固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】 ゴニオメータ 本発明は、請求項１記載の上位概念に基づくゴニオメータに関する。 このようなゴニオメータは、結晶質物質の構造分析にために公知である。一般 に、格子定数、結晶配向（多くの物質の場合には集合組織）が測定される。主な 放射は、銅、モリブデン及びその他の金属のＫ_a線のＸ線放射である。このため に使用されるゴニオメータは、放射源と、３つの軸を中心に旋回可能でありかつ 試料が固定される試料台と、アームに固定されかつ反射が予測される空間の部分 を走査することができる検出器とからなる。 C．Malgrange及びC．Ferret著“Nuclear instruments and Methods in Physic s Research A 314（1992）p.285-296，North-Holland”の“X-ray standing wav e technique - Application to the study of surfaces and interfaces”から 、結晶内部及び結晶面上の原子の局在化を測定することができる方法が公知であ る。この場合、ブラッグ（Bragg）反射の際に生じる波が発生し、該波が格子に 付着した又は埋め込まれた原子の蛍光放射の強度の励起を惹起するという事実が 利用される。 ブラッグ範囲内部の角度位置に依存する蛍光強度の変動は、異種原子の立体座 標を測定することを可能にする。３つの線形で依存しないブラッグ反射から、異 種原子の３つの立体座標、ひいてはホスト格子内の正確な局在化が求められる。 しかしながら、実際には、異種原子の３つの全ての立体座標を測定することは 困難であることが判明した。この理由はしばしば装置的実情にある。該試料は、 同一面でない格子面が反射されないように、空間内の３つの軸を中心に旋回可能 であるべきである。ロッキング曲線を通過する際に発生する蛍光放射はしばしば 極めて弱いので、この放射を記録するためにエネルギー分散形検出器は試料表面 に接近して設置されねばならない。 液体窒素で冷却されるＳｉ（Ｌｉ）又はＧｅ（Ｌｉ）半導体検出器である当該 の検出器はかさばりかつ重い。従って、これらは個々の検出器の立体的交差のた めに試料に十分に接近させて設置することはできない。 しかし、この方法のために利用される装置は操作がめんどうであり、かつ与え られる立体角の全体を検出器のために利用しない。 本発明の基礎とした課題は、請求項１の上位概念に記載のゴニオメータを、手 ごろで操作しやすくかつすぐに使用できるように構成することであった。機能は 容易に制御されかつ与えられる全ての立体角範囲を通過可能であるべきである。 さらに、検出器の効果的かつ場所を取らない冷却が考慮されるべきであった。 前記課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明により解決される 。 請求項１記載の対象は、特に、蛍光検出器を、可動にも構成される、スペース を取らない軽量の冷却装置を用いて、該蛍光検出器が固定されたゴニオメータで 連行することができるという利点を有する。この冷却装置は冷媒のための補充容 器を必要とせずかつ即座に使用可能でる。さらに、該冷却装置は、小さい検出器 端面にも適合し、ひいては試料の近くに設置することを可能にする。 本発明は、単結晶の格子面への原子の吸着された単層の構造測定のためにも好 適である。本方法は、蛍光を発する原子の３つの全ての立体座標を測定すること を可能にする。 請求項１記載の対象の有利な実施態様は、請求項２以降に記載されている。そ れにより、１回又は最高２回の通過でブラッグ散乱及び蛍光散乱のための立体角 度範囲の全体を測定することができる。この場合ゴニオメータの改造は最低に制 限される。それというのも、蛍光検出器の陰になる部分を今やブラッグ検出器に よって検出するために、蛍光検出器の最大１回の移動が必要であるからである。 放射検出器の小型化により、以下のことを達成することができる：体積及び視 野が十分に減少されることにより、検出器を試料と共に３つの軸を中心に旋回可 能な試料ホルダに固定し、ひいては検出器を検査すべき表面に接近させて設置す ることを可能にする。 該小型化は第一に冷却装置に関する。小型の電気駆動される冷却装置、例えば スターリング（Stirling）原理に基づき作動する冷却装置は、その構造大きさが 小さいために特に有利である。液体Ｎ₂の供給が不必要である。半導体検出器は 、前増幅器と共に冷却フィンガにマウントされている。冷気遮断のための真空ジ ャケットは、放射のための入射窓を有している。 殆ど完全な単結晶のロッキング曲線の低い半値幅のために、高解像力のＸ線ゴ ニオメータのみを使用することができる。試料を空間内に配向すべきであるので 、ゴニオメータとしては４リングゴニオメータを使用するのが有利である。適す る検出器を、今や、測定の要求に相応して、試料ホルダの３つの軸の１つだけに 固定することができる。最も融通性のある解決手段は、まさにこのようなギフフ ラックショメータ（Gifffraktiometer）のＸ（Chi）リングに固定することであ る。試料を運動させる際に、検出器は試料の表面に対して一定の位置に残る。ま た、この装置の場合には、回折形状は最低の影響を受ける。検出器からの試料表 面までの距離を調整するための装置が設けられるべき である。Φ（Phi）又はΘ（Theta）軸に検出器を固定するのも有利である。しか しながら、該検出器は試料を運動させる際に場合によっては切り換えねばならな い。 次に実施例につき図面にを参照して本発明を詳細に説明する。図面は、本発明 に基づき改変されたゴニオメータを示す。試料３は試料台４に固定されかつ３つ の軸でこの場合には右から入射する放射に対して旋回させることができる。 通常、アーム５上で可動でありかつ与えられる空間を操作するブラッグ検出器 ６が設けられている。この走査は有利にはステップモータ及びアングルデコーダ によって行われる。蛍光検出器２は前増幅器の最初の段で冷却フィンガ７に固定 されており、該冷却フィンガ７にはコンプレッサ８から冷媒が供給される。蛍光 検出器２は、そのホルダ１で試料台４（Φリング）に、試料台と一緒に旋回され るように固定されている。ホルダ１に固定された検出器２は、その表面が有利に は試料３に対して平行に広がりかつ該試料の可能な限り近くに設置されている。 本発明の有利な１実施態様では、蛍光検出器２を矢印（図面参照）の方向に移動 させることにより、試料３からの距離を可能な限り小さく選択しかつ入射及び出 射角度を、放射が試料に達しかつそこからブラッグ検出器６に到達するように合 わせることができる。 蛍光検出器２は、場合によってはブラッグ検出器６の測定過程を妨害する。従 って、本発明のもう１つの有利な実施態様では、蛍光検出器を幾分か側方に旋回 させ、所望の立体角範囲を今やブラッグ検出器６によって２回目の通過により検 出することができるようにすることを提案する。ブラッグ反射の対称のために、 もちろん、半空間全体を測定することは不必要である。もっぱら立体角の全体の １／４からの情報が必要でありかつその際蛍光放射はその他のアクセス可能な立 体角範囲から測定ことができる。 それに対して選択的に、蛍光検出器を旋回可能なアーム１０（Ｘリング）に固 定することもできる。 光源９としては、Ｘ線管を使用することができる。しかしながら、強度のため に、シンクロトロン放射器を使用するのが特に有利である。この場合にも、同じ 装置を使用することができる。 蛍光検出器は、リチウムドリフトされたシリコン又はゲルマニウム結晶からな り、該結晶は冷却フィンガに固定されて真空化したケーシングに封入されている 。Ｘ線シリコン放射は、ベリリウム結晶を経て真空室内の検出器結晶に入射する 。該結晶も、前増幅器の最初の段と同様に冷却される。検出器結晶は、可能な限 り直接その背面で冷却フィンガに固定される。ここで使用されるスターリング冷 却装置は、短時間で−１７０℃以下に達することができる。 結晶試料での測定プロセスを説明する。まず、選択した反射のロッキング曲線 （ブラッグ−ピーク）を測定し、かつそこからピークの正確な位置Θ_B及び半値 幅 Θ_Bを決定する。２回目の走行で、角範囲Θ_B＋Θ_Bを小さな角度ステップで 走行させかつ励起した異種原子の蛍光放射を４チャンネル分析器で記録する。次 いで、角度位置に依存した放射の強度経過から、文献（Malfrange et al.）に記 載されているように，蛍光を発生する原子の位置座標を反射の格子面に対して垂 直な方向で測定することができる。 この手順を２つの別の無関係な反射で繰り返すことにより、ホスト格子内部の 原子を立体的固定に対する３の座標が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．被検結晶試料を旋回させることができる複数の軸と、放射源と、ブラッグ反 射用の検出器と、蛍光放射用の検出器とを有し、格子形状及び化学組成の同時測 定を可能にするゴニオメータにおいて、ホルダ（１）内に固定された、蛍光放射 用の検出器（２）はその表面が試料（３）に対して平行に広がり、かつ反射が旋 回可能なアーム（５）内に固定されたブラッグ検出器（６）で及び蛍光放射が蛍 光検出器（２）で同時に観察可能であるように、試料（３）と共に旋回可能に試 料台（４）に固定されていることを特徴とするゴニオメータ。 ２．蛍光検出器（２）がそのホルダで、ブラッグ検出器（６）によって既に検出 された新たな位置に移動せしめられていることにより、蛍光検出器によって検出 された立体角範囲がブラッグ検出器（６）によって第２の測定通過によりアクセ ス可能である、請求項１記載のゴニオメータ。 ３．測定装置に面した半空間内で試料（３）から放出される放射に関する調査を 、蛍光検出器（２）が下方半空間からの蛍光放射を測定している間に、ブラッグ 検出器（６）が上方半空間を掃引するように実施する、請求項１記載のゴニオメ ータ。 ４．試料（３）から蛍光検出器（２）までの距離がま さに、入射及びブラッグ反射が隠蔽されない大きさである、請求項１記載のゴニ オメータ。 ５．放射源としてＸ線管が使用されている、請求項１から４までのいずれか１項 記載のゴニオメータ。 ６．シンクロトロン放射器が使用されている、請求項１から４までのいずれか１ 項記載のゴニオメータ。 ７．蛍光検出器（２）が、その端面側に固定された冷却フィンガ（７）で少なく とも−７０℃以下に冷却される、請求項１から６までのいずれか１項記載のゴニ オメータ。 ８．スターリング冷却装置が使用されている、請求項１から７までのいずれか１ 項記載のゴニオメータ。 ９．蛍光検出器（２）が可能な限り小さく保持されかつ可能な限り小さい間隔で 試料（３）に向けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載のゴニオ メータ。 10．冷却フィンガ（７）内にスターリング素子が配置され、該スターリング素子 が冷媒の断熱的放圧を惹起し、導管を介して冷却フィンガ（７）に圧縮ガスが供 給されかつ放圧されたガスが同じ導管を介してコンプレッサに戻される、請求項 １から９までのいずれか１項記載のゴニオメータ。