JPS6082982A - 電子スピン共鳴装置 - Google Patents
電子スピン共鳴装置Info
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- JPS6082982A JPS6082982A JP58191781A JP19178183A JPS6082982A JP S6082982 A JPS6082982 A JP S6082982A JP 58191781 A JP58191781 A JP 58191781A JP 19178183 A JP19178183 A JP 19178183A JP S6082982 A JPS6082982 A JP S6082982A
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- Japan
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- microwave
- sample
- reflected
- electromagnetic horn
- microwaves
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/60—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using electron paramagnetic resonance
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子スピン共鳴装置に関し、ＩＪｆに空胴共振
器に代えて電磁ホーンを用い−（試料にマイクロ波を印
加するようにした電子スピン共鳴装置に関するものであ
る。
器に代えて電磁ホーンを用い−（試料にマイクロ波を印
加するようにした電子スピン共鳴装置に関するものであ
る。
一般に電子スピン共鳴装置で＃Ｊ、試料を空＋ｊｉｉ共
振器内に挿入して測定を行う。この方法４Ｊ 、１す定
（”ｈ度が１３いという大きな特徴を持つものの、＜ａ
）空胴共振器の中に試料を入れる関係上、試料の形状及
び大きさに制限がある（従来の装置では高々１０ｍＩＩ
ｌφの円柱状）、（ｂ）共振条件があるため、試料に印
加するマイクロ波の周波数を任り人に）パぶことができ
ない、等の欠点があった。
振器内に挿入して測定を行う。この方法４Ｊ 、１す定
（”ｈ度が１３いという大きな特徴を持つものの、＜ａ
）空胴共振器の中に試料を入れる関係上、試料の形状及
び大きさに制限がある（従来の装置では高々１０ｍＩＩ
ｌφの円柱状）、（ｂ）共振条件があるため、試料に印
加するマイクロ波の周波数を任り人に）パぶことができ
ない、等の欠点があった。
この欠点を除くため、空胴共振器を用いない第１図に示
づ基本描成を持つ電子スピン共鳴装置が特願昭５７−２
１５０７５号に提案されている、。
づ基本描成を持つ電子スピン共鳴装置が特願昭５７−２
１５０７５号に提案されている、。
同図に８５いて、１，２は対向配置された扇形電磁ホー
ンである。図示しないマイクＬ］波発振器ｒ：発生し、
導波管を介して導かれたマイクＵ１波は電磁ホーン１か
ら電磁ボーン２へ向（プて放射される。
ンである。図示しないマイクＬ］波発振器ｒ：発生し、
導波管を介して導かれたマイクＵ１波は電磁ホーン１か
ら電磁ボーン２へ向（プて放射される。
この２つの電磁ホーンの間に試料を入れた試料菅あるい
はウェハー状試料などの被験試料３が配置されると共に
、例えば図において矢印で示す方向に直流磁場が印加さ
れる。電子スピン共鳴共鳴により試″Ｘ３＋がマイクロ
波を吸収すると、電磁ホーン２に入射するマイクロ波電
ノ〕が変化するため、その変化にＨｔついて試わ１の電
子スピン共鳴を検出することができる。
はウェハー状試料などの被験試料３が配置されると共に
、例えば図において矢印で示す方向に直流磁場が印加さ
れる。電子スピン共鳴共鳴により試″Ｘ３＋がマイクロ
波を吸収すると、電磁ホーン２に入射するマイクロ波電
ノ〕が変化するため、その変化にＨｔついて試わ１の電
子スピン共鳴を検出することができる。
この装置によれば、２つのホーンの間の比較的大きな空
間に試料を配置することができるため、任意の形状及び
大ぎさの試料について電子スピンＪｔ鳴測定を行うこと
ができ、例えば半導体ウェハー、ア゛しルフＩスシリコ
ンウエハー、バブルメモリウェハーなど大寸法のウェハ
ーについても破壊覆ることなく測定を行うことができる
という大きな効果が寄られる。又、共振器が無いので、
マイクロ波の周波数も任意に選択することが可能となる
。
間に試料を配置することができるため、任意の形状及び
大ぎさの試料について電子スピンＪｔ鳴測定を行うこと
ができ、例えば半導体ウェハー、ア゛しルフＩスシリコ
ンウエハー、バブルメモリウェハーなど大寸法のウェハ
ーについても破壊覆ることなく測定を行うことができる
という大きな効果が寄られる。又、共振器が無いので、
マイクロ波の周波数も任意に選択することが可能となる
。
ところで、この装置においては、電磁ホーン１から放射
され試料に印加されたマイクロ波のほとんど全部が電磁
ホーン２によって受信されるが、受信器として用いられ
る検波ダイオードは、高々１０ｍＷ程度のマイクロ被電
ツノしか許容できない。
され試料に印加されたマイクロ波のほとんど全部が電磁
ホーン２によって受信されるが、受信器として用いられ
る検波ダイオードは、高々１０ｍＷ程度のマイクロ被電
ツノしか許容できない。
そのため、電磁ホーン１から試料に印加ザるマイクロ波
の電ツノもその許容電力に見合った低いレベルに設定せ
ざるを得ず、従って試料に１８電力のマイクロ波を印加
して感度の良い測定を行うことが困難であった。
の電ツノもその許容電力に見合った低いレベルに設定せ
ざるを得ず、従って試料に１８電力のマイクロ波を印加
して感度の良い測定を行うことが困難であった。
又、この装置では、送信用と受信用の２つの電磁ボーン
を必要とし、装置構成が複雑になるという問題点もある
。
を必要とし、装置構成が複雑になるという問題点もある
。
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、マ
イクロ波の送受信を１つの電磁ホーンを用いて行うこと
により装置構成を簡単化するど共に、試料に高電力のマ
イクロ波を印加して感度の良い測定を行うことが可能な
電子スピン共鳴装置を提供することを目的としている。
イクロ波の送受信を１つの電磁ホーンを用いて行うこと
により装置構成を簡単化するど共に、試料に高電力のマ
イクロ波を印加して感度の良い測定を行うことが可能な
電子スピン共鳴装置を提供することを目的としている。
本発明にかかる電子スピン共鳴装置は、試料に印加する
ための磁場を発生ずる手段と、試料に印加するマイクロ
波を発生ずる手段と、該マイクロ波を試料に向りて放射
する電磁ホーンと、該試料の後方に配置されたマイクロ
波反射板と、電磁ホーンで受信した反射マイクロ波を検
出するだめのマイクロ波検出器と、前記発生手段からの
マイクロ波を前記電磁ホーンへ送り且つ該電磁ホーンに
より受信された反射マイクロ波を前記検出器へ送るマイ
クロ波回路とから成ることを特徴としている。以下、図
面を用いて本発明を詳説する。
ための磁場を発生ずる手段と、試料に印加するマイクロ
波を発生ずる手段と、該マイクロ波を試料に向りて放射
する電磁ホーンと、該試料の後方に配置されたマイクロ
波反射板と、電磁ホーンで受信した反射マイクロ波を検
出するだめのマイクロ波検出器と、前記発生手段からの
マイクロ波を前記電磁ホーンへ送り且つ該電磁ホーンに
より受信された反射マイクロ波を前記検出器へ送るマイ
クロ波回路とから成ることを特徴としている。以下、図
面を用いて本発明を詳説する。
第２図は本発明の一実施例の構成を示し、図に８５いて
４は磁石である。該磁石４内には、電磁ホーン１が配置
され、その前に試料３、更に試料の後に非磁性金属製の
マイクロ波反射板５が置かれている。又、磁石４内には
、磁場変調用の変調コイル６が設置され、該コイル６に
は例えば１００Ｋ ＨＺ程度の周波数を持つ変調電流が
増幅器７を介して発振器８から供給されている。
４は磁石である。該磁石４内には、電磁ホーン１が配置
され、その前に試料３、更に試料の後に非磁性金属製の
マイクロ波反射板５が置かれている。又、磁石４内には
、磁場変調用の変調コイル６が設置され、該コイル６に
は例えば１００Ｋ ＨＺ程度の周波数を持つ変調電流が
増幅器７を介して発振器８から供給されている。
ガン発振器等のマイクロ波発振器９から発生したマイク
ロ波は、アイソレータ１０．アッテネータ１１．マジッ
クティ１２を介して上記電磁ホーン１へ送られ、試料３
へ向【プて放射される。試料を通過し反射板５によって
反射されたマイクロ波は、再び試料を通過した後電磁小
−ン１に入ＱＪ Ｌ、前記マジックティ１２を介して検
波ダイオード１３へ送られる。本実施例では、検波ダイ
オードの動作点を適切なレベルに設定するため、方向性
結合器１４により送信系から適宜なレベルのマイクロ波
を取出し、方向性結合器１５により受信光へ送りバイア
スするようにしている。１６は位相を調整するための移
相器である。ダイスート１３から（ｄられた検出信号は
、増幅器１７を介して復調器（例えば位相敏感検出器）
１８へ送られる。該復調器１８には、前記発振器８から
の変調信８が移相器１９を介して供給されており、検出
信号は該変調信号に基づいて復調される。復調された検
出信号は、増幅器２０を介し−Ｃし］−ダ等の記録器２
１へ送られ、前記磁石４を励磁する励磁電源２２による
磁場掃引に関連して記録される。２３は前記マジックテ
ィ１２の１本の腕に接続されたインピーダンス変換器で
、例えば腕を終端り−る可動終端板と導波管内への挿入
量が可変のピンから成っている。
ロ波は、アイソレータ１０．アッテネータ１１．マジッ
クティ１２を介して上記電磁ホーン１へ送られ、試料３
へ向【プて放射される。試料を通過し反射板５によって
反射されたマイクロ波は、再び試料を通過した後電磁小
−ン１に入ＱＪ Ｌ、前記マジックティ１２を介して検
波ダイオード１３へ送られる。本実施例では、検波ダイ
オードの動作点を適切なレベルに設定するため、方向性
結合器１４により送信系から適宜なレベルのマイクロ波
を取出し、方向性結合器１５により受信光へ送りバイア
スするようにしている。１６は位相を調整するための移
相器である。ダイスート１３から（ｄられた検出信号は
、増幅器１７を介して復調器（例えば位相敏感検出器）
１８へ送られる。該復調器１８には、前記発振器８から
の変調信８が移相器１９を介して供給されており、検出
信号は該変調信号に基づいて復調される。復調された検
出信号は、増幅器２０を介し−Ｃし］−ダ等の記録器２
１へ送られ、前記磁石４を励磁する励磁電源２２による
磁場掃引に関連して記録される。２３は前記マジックテ
ィ１２の１本の腕に接続されたインピーダンス変換器で
、例えば腕を終端り−る可動終端板と導波管内への挿入
量が可変のピンから成っている。
上述の如き構成において、発振器９がら発生したマイク
ロ波は、マジックティ１２を介して電磁ホーン１へ送ら
れ、該電磁ホーン１によって、はとんど反射Ｆｌｌ＠光
生さ発生ず効率良く、鋭い指向性をもって試料に向（ブ
ーＣ放射される。この試料の誘電損失が小さい揚台、マ
イクロ波は試料を透過し反射板５によって反射される。
ロ波は、マジックティ１２を介して電磁ホーン１へ送ら
れ、該電磁ホーン１によって、はとんど反射Ｆｌｌ＠光
生さ発生ず効率良く、鋭い指向性をもって試料に向（ブ
ーＣ放射される。この試料の誘電損失が小さい揚台、マ
イクロ波は試料を透過し反射板５によって反射される。
この反射板５に適宜な曲面をつけてｄ５けば、反射され
たマイクロ波がそのまま電磁ホーン１へ戻って入射する
ように設定できる。反則マイクロ波は、マジックティ１
２を介して検波ダイオード１３へ向かうが、この時、イ
ンピーダンス変換器２３を適宜調節し、反射マイクロ波
と逆の位相を持ち強度の等しい反射波をつくり検波ダイ
オード７３へ向ｔプで送れば、２つの反射波は打消し合
って消滅し、マジックティ１２から検波ダイオード１３
ヘマイクロ波が送られないようにバランスさせることが
できる。しかしながら、電源２２にょる掃引により磁場
強度が共鳴条件の成立する値に到達し、電子スピン共鳴
が起きて試料によりマイクロ波エネルギーが吸収される
と、そのバランスが崩れ、反射マイク１」波がマジック
ディ１２がら検波ダイオード１３へ送られるため、該ダ
イオード１３の出力に変化が現れ、その変化が記録器２
１においてＥＳＲスペクトルとして記録される。
たマイクロ波がそのまま電磁ホーン１へ戻って入射する
ように設定できる。反則マイクロ波は、マジックティ１
２を介して検波ダイオード１３へ向かうが、この時、イ
ンピーダンス変換器２３を適宜調節し、反射マイクロ波
と逆の位相を持ち強度の等しい反射波をつくり検波ダイ
オード７３へ向ｔプで送れば、２つの反射波は打消し合
って消滅し、マジックティ１２から検波ダイオード１３
ヘマイクロ波が送られないようにバランスさせることが
できる。しかしながら、電源２２にょる掃引により磁場
強度が共鳴条件の成立する値に到達し、電子スピン共鳴
が起きて試料によりマイクロ波エネルギーが吸収される
と、そのバランスが崩れ、反射マイク１」波がマジック
ディ１２がら検波ダイオード１３へ送られるため、該ダ
イオード１３の出力に変化が現れ、その変化が記録器２
１においてＥＳＲスペクトルとして記録される。
このように、本発明では、提案装置のように送信用電磁
ホーンから放射されたマイク［Ｊ波が定富的に全て受信
用ボーンに入射して受信用ダイオードへ送られることが
ないため、電（社小−ン１がら試料に印加するマイクロ
波の強度を高めても、受信用ダイオードが破壊されるよ
うなことはなく、従って測定感度を飛躍的に高めること
が可ｎとである。
ホーンから放射されたマイク［Ｊ波が定富的に全て受信
用ボーンに入射して受信用ダイオードへ送られることが
ないため、電（社小−ン１がら試料に印加するマイクロ
波の強度を高めても、受信用ダイオードが破壊されるよ
うなことはなく、従って測定感度を飛躍的に高めること
が可ｎとである。
更に、本発明では電子スピン共鳴の際、電磁ホーン１か
ら試料に照射されるマイクロ波エネルギーに加え、反射
板５から電磁ホーンへ向かう反射マイクロ波のエネルギ
ーも共鳴に関与させることができるため、試料に印加さ
れるマイクロ波電力が２１８となり、更に感度を高める
ことが可能である。
ら試料に照射されるマイクロ波エネルギーに加え、反射
板５から電磁ホーンへ向かう反射マイクロ波のエネルギ
ーも共鳴に関与させることができるため、試料に印加さ
れるマイクロ波電力が２１８となり、更に感度を高める
ことが可能である。
又、本発明では１つの電磁ホーンで送受信を行っている
ため、装置構成が簡単となる。
ため、装置構成が簡単となる。
第３図は本発明の他の実施例の構成を示し、本実施例で
は、マジックティに代えてｆナーキュレータ２４を用い
、該サーキュレータ２４と電磁ホーン１との間にインピ
ーダンス変換器２３を配置している。インピーダンス変
換器２３を調節して、該変換′ａ２３からサーキュレー
タ２７１へ反射づるマイクロ波と、該変換器２３を通過
して電磁ホーン１へ送られ、更に反射板５により反射さ
れて該変換器２３へ戻って来たマイクロ波の位相と強度
を合わしることにより、打消し合わけて消滅させれば、
第２図の実施例と同様にシーキュレータ２４から検波ダ
イオード１３ヘマイクロ波が送られないようにバランス
させることかできる。そして、電子スピン共鳴が起きて
試料によりマイクロ波エネルギーが吸収されると、その
バランスが崩れ、反射マイクロ波がサーキュレータ２４
から検波ダイオード１３へ送られるため、第２図の実施
例と同様にＥＳＲスペクトルを得ることができる。
は、マジックティに代えてｆナーキュレータ２４を用い
、該サーキュレータ２４と電磁ホーン１との間にインピ
ーダンス変換器２３を配置している。インピーダンス変
換器２３を調節して、該変換′ａ２３からサーキュレー
タ２７１へ反射づるマイクロ波と、該変換器２３を通過
して電磁ホーン１へ送られ、更に反射板５により反射さ
れて該変換器２３へ戻って来たマイクロ波の位相と強度
を合わしることにより、打消し合わけて消滅させれば、
第２図の実施例と同様にシーキュレータ２４から検波ダ
イオード１３ヘマイクロ波が送られないようにバランス
させることかできる。そして、電子スピン共鳴が起きて
試料によりマイクロ波エネルギーが吸収されると、その
バランスが崩れ、反射マイクロ波がサーキュレータ２４
から検波ダイオード１３へ送られるため、第２図の実施
例と同様にＥＳＲスペクトルを得ることができる。
尚、インピーダンス変換器としては、上記例の（Ｒ造の
他、導波管内に挿入するビンの長さと位置の両方を可変
とづる方式のもの等、マイクロ波の位相と強度を可変で
きるものであれば、どんなものでも使用できる。
他、導波管内に挿入するビンの長さと位置の両方を可変
とづる方式のもの等、マイクロ波の位相と強度を可変で
きるものであれば、どんなものでも使用できる。
第１図は提案装置を説明するための図、第２図は本発明
の一実施例の構成を示す図、第３図【ま本発明の他の実
施例の構成を示す図である。 １：電磁ホーン、３：試料、４：磁石、９：マイクロ波
発振器、１２：マジックティ、１３：検波タイオード、 ２３：インピーダンス変換器、 ２４：サーキュレータ。
の一実施例の構成を示す図、第３図【ま本発明の他の実
施例の構成を示す図である。 １：電磁ホーン、３：試料、４：磁石、９：マイクロ波
発振器、１２：マジックティ、１３：検波タイオード、 ２３：インピーダンス変換器、 ２４：サーキュレータ。
Claims (3)
- （１）試別に印加づ−るための磁場を発生ずる手段と、
試ｊ′８１に印加刀−るマイクロ波を発生づる手段と、
該マイクロ波を試別に向けで放射する電磁ホーンと、該
試料の後方に配置されたマイクロ波及用板と、電磁ｉｊ
＼−ンで受信した反射マイクロ波を検出りるＩこめのマ
イクロ波検出器と、前記発生手段からのマイクロ」波を
前記電磁ホーンへ送りＨつ該電磁ホーンにより受（ｉ４
ｊされた反則マイクロ波を前記検出器へ送るマイクロ波
回路とから成る電子スピン共鳴装置。 - （２）前記マイクロ波回路はマジックティである１・”
１訂請求の範囲第１項記載の電子スピン共鳴装置。 - （３）前記マイクロ波回路はザーキュレータである特許
請求の範囲第１項記載の電子スピン共鳴装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191781A JPS6082982A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191781A JPS6082982A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6082982A true JPS6082982A (ja) | 1985-05-11 |
| JPH0378945B2 JPH0378945B2 (ja) | 1991-12-17 |
Family
ID=16280427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58191781A Granted JPS6082982A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6082982A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5343150A (en) * | 1992-08-06 | 1994-08-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Apparatus and method for measuring a physical property of a sample using an electron spin resonance spectrum of the sample |
| JP2022550046A (ja) * | 2019-10-02 | 2022-11-30 | エックス デベロップメント エルエルシー | 電子スピン欠陥に基づく磁気測定法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5481643B2 (ja) * | 2009-11-06 | 2014-04-23 | 国立大学法人 大分大学 | 電磁ホーン型電子スピン共鳴装置（１） |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP58191781A patent/JPS6082982A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5343150A (en) * | 1992-08-06 | 1994-08-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Apparatus and method for measuring a physical property of a sample using an electron spin resonance spectrum of the sample |
| JP2022550046A (ja) * | 2019-10-02 | 2022-11-30 | エックス デベロップメント エルエルシー | 電子スピン欠陥に基づく磁気測定法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0378945B2 (ja) | 1991-12-17 |
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