KR20220007697A - 하전 입자선 장치용 신틸레이터 및 하전 입자선 장치 - Google Patents

하전 입자선 장치용 신틸레이터 및 하전 입자선 장치 Download PDF

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Abstract

발광 강도 증가와 잔광 강도 저감을 양립하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터 및 하전 입자선 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터는, 기재(13)와, 기재(13)의 표면에 마련된 버퍼층(14)과, 버퍼층(14)의 표면에 마련된 발광층(15) 및 장벽층(16)의 적층체(12)와, 적층체(12)의 표면에 마련된 도전층(17)을 갖고, 발광층(15)은 InGaN을 포함하고, 장벽층(16)은 GaN을 포함하며, 발광층(15)의 두께 a와, 장벽층(16)의 두께 b의 비 b/a가, 11 이상 25 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

하전 입자선 장치용 신틸레이터 및 하전 입자선 장치
본 발명은, 하전 입자선 장치용 신틸레이터 및 하전 입자선 장치에 관한 것이다.
시료에 전자 빔 등의 하전 입자 빔을 조사함으로써 얻어지는 하전 입자를 검출하는 하전 입자선 장치에는, 하전 입자를 검출하기 위한 검출기가 마련되어 있다. 예를 들어, 전자 빔을 시료에 주사함으로써, 시료로부터 방출된 전자를 검출하는 경우, 전자 검출기에 포스트 전압이라고 불리는 8 내지 10㎸ 정도의 정전압을 인가함으로써, 전자를 검출기의 신틸레이터로 유도한다. 또는, 전자의 궤도상에 검출기를 마련하고, 포스트 전압을 인가하지 않고 신틸레이터에 전자를 입사시키는 방법도 생각된다. 전자의 충돌에 의해 신틸레이터에서 발생한 광은 라이트 가이드로 유도되고, 광전관 등의 수광 소자에 의해 전기 신호로 변환되어, 화상 신호나 파형 신호가 된다.
특허문헌 1에는, GaInN과 GaN을 포함하는 층이 적층된 양자 웰 구조를 포함하는 발광부를 갖는 하전 입자 검출기 및 하전 입자선 장치가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 두께가 불균일한 웰층과 두께가 균일한 웰층으로 이루어지는 양자 웰 구조를 포함하는 GaN계 화합물 반도체 적층물이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2017-135039호 공보 일본 특허 공개 제2006-310819호 공보
양자 웰 구조를 갖는 신틸레이터에 있어서는, GaN이나 InGaN 등을 포함하는 층을 교대로 적층시키지만, 격자 상수가 다르기 때문에 구조에 변형이 발생하고, 발광 강도의 저하나 잔광 강도의 증가가 일어날 가능성이 있다. 잔광이 발생하면, 주가 되는 발광의 검출을 저해함과 함께, 감쇠에 시간이 걸리는 점에서 고속에서의 검출이 어려워진다. 잔광은 다양한 요인에 의해 발생하지만, 파장 550㎚ 부근의 발광인 옐로우 루미네션스가 주요인이라고 생각된다.
특허문헌 1 및 2에서는, 양자 웰 구조 및 조성의 변경에 의한, 응답 고속화나 발광 강도 증가를 특징으로 하고 있다. 단, 모두 양자 웰 구조를 적층한 경우의 잔광 강도의 저감에 대하여 고려되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 상기 사정을 감안하여, 발광 강도 증가와 잔광 강도 저감을 양립하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터의 일 양태는, 기재와, 기재의 표면에 마련된 버퍼층과, 버퍼층의 표면에 마련된 발광층 및 장벽층의 적층체와, 적층체의 표면에 마련된 도전층을 갖는다. 그리고, 발광층은 InGaN을 포함하고, 장벽층은 GaN을 포함하며, 발광층의 두께 a와, 장벽층의 두께 b의 비 b/a가, 11 이상 25 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하전 입자선 장치의 일 양태는, 피분석 대상물에 전자선을 조사하는 전자원과, 피분석 대상물에 전자선이 조사되었을 때에 방출되는 2차 입자를 검출하는 2차 입자 검출기를 구비하고, 2차 입자 검출기가, 상술한 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 보다 구체적인 구성은, 청구 범위에 기재된다.
본 발명에 따르면, 발광 강도 증가와 잔광 강도 저감을 양립하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터를 제공할 수 있다.
상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 밝혀진다.
도 1은 본 발명의 하전 입자선 장치의 제1 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하전 입자선 장치의 제2 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4는 발광층(15)의 두께 a와 장벽층(16)의 두께 b의 비 b/a와, 발광 강도, 잔광 강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 장벽층(16)의 Si 농도와 발광 강도, 잔광 강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 하전 입자선 장치의 제3 예를 나타내는 단면 모식도이다.
이하, 신틸레이터를 검출 소자로 하는 검출기를 마련한 하전 입자선 장치에 대하여 설명한다. 이하에서는, 하전 입자선 장치로서 전자 현미경, 특히 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)의 예에 대하여 설명한다.
우선 처음에, 검출기를 탑재하는 하전 입자선 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 하전 입자선 장치의 제1 예를 나타내는 단면 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 하전 입자선 장치(전자 현미경)(10a)는, 분석 대상물(시료)(3)과, 시료(3)에 전자선(1차 전자선)(2)을 조사하는 전자원(1)과, 전자선(2)이 조사된 시료(3)로부터 방출되는 하전 입자(2차 입자)(4)를 검출하는 검출기(5)를 구비한다. 전자원(1)은 전자 광학 경통(8)에 수용되고, 시료(3)는 시료실(9)에 수용된다.
검출기(5)는, 신틸레이터(50)와, 라이트 가이드(51)와, 수광 소자(52)를 갖는다. 2차 입자(4)는, 포스트 전압을 인가하여 검출기(5)의 신틸레이터(50)에 인입되어, 신틸레이터(50)에서 발광이 일어난다. 신틸레이터(50)의 발광은, 라이트 가이드(51)에 의해 도광되고, 수광 소자(52)에서 전기 신호로 변환된다.
도 2는 본 발명의 하전 입자선 장치의 제2 예를 나타내는 단면 모식도이다. 도 2에 도시한 하전 입자선 장치(전자 현미경)(10b)에서는, 시료(3)의 직상부에 2차 입자 검출기(5)의 신틸레이터(50)를 배치함으로써, 시료(3)로부터 방출된 2차 입자(4)에 포스트 전압을 인가하지 않고 신틸레이터(50)에 입사시킬 수 있다. 또한, 신틸레이터(50)에 대하여, 2차 입자(4)가 입사하는 면을 크게 함으로써, 넓은 각도 범위에서 방출된 2차 입자(4)를 검출할 수 있다. 그 때문에, 2차 입자(4)로서, 2차 전자보다도 양이 적은 반사 전자에 대해서도, 고효율에서의 검출이 가능하게 되어, 고정밀도에서의 상(像) 관찰이나 측정이 가능해진다.
도 1의 하전 입자선 장치(10a) 및 도 2의 하전 입자선 장치(10b)에 공통하여, 신틸레이터(50) 및 라이트 가이드(51)는, 1차 전자선(2)의 궤도를 저해하지 않으면, 다양한 형상으로 할 수 있다. 예를 들어, 1차 전자선(2)을 중심으로 하여 원환형으로 하는 것이 생각된다. 신틸레이터(50)에 대해서는 라이트 가이드(51)의 전체면을 덮는 형상으로 해도 되고, 일부를 덮는 형상으로 해도 된다. 또한, 수광 소자(52)의 수는 1개여도 되고 복수여도 되며, 신틸레이터(50)의 발광을 입력할 수 있으면 어느 위치에 두어도 된다. 도 1에서는 시료실(9) 밖에 수광 소자(52)가 배치되어 있지만, 시료실(9) 내에 두어도 된다.
수광 소자(52)는, 광전자 증배관이나 반도체를 사용한 수광 소자 등이 사용 가능하다. 또한, 신틸레이터(50)로부터의 수광 소자(52)에 대한 광의 입력은, 도 1 및 도 2에서는 라이트 가이드(51)를 사용하고 있지만, 다른 방법이나 다른 배치로 광을 입력해도 된다.
수광 소자(52)에서 얻어진 신호는, 전자선 조사 위치와 대응지어 화상으로 변환하여 표시한다. 1차 전자선(2)을 시료(3)에 집속해서 조사하기 위한 전자 광학계, 즉, 편향기, 렌즈, 조리개, 대물 렌즈 등은 도시를 생략하였다. 전자 광학계는 전자 광학 경통(8)에 설치되어 있다. 시료(3)는 시료 스테이지(도시생략)에 얹음으로써 이동 가능한 상태로 되어 있고, 시료(3)와 시료 스테이지는 시료실(9)에 배치되어 있다. 시료실(9)은 일반적으로는 진공 상태로 유지되어 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 전자 현미경에는 전체 및 각 부품의 동작을 제어하는 제어부나, 화상을 표시하는 표시부, 사용자가 전자 현미경의 동작 지시를 입력하는 입력부 등이 접속되어 있다.
이 전자 현미경은 구성의 하나의 예이며, 본 발명의 하전 입자선 장치는, 후술하는 본 발명의 하전 입자선용 신틸레이터를 구비한 전자 현미경이면, 다른 구성에서도 적용이 가능하다. 또한, 2차 입자(4)에는, 투과 전자 및 주사 투과 전자 등도 포함된다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 간단화를 위해 2차 입자 검출기(5)를 1개만 나타내고 있지만, 반사 전자 검출용 검출기와 2차 전자 검출용 검출기 등을 따로따로 마련해도 되고, 방위각 또는 앙각을 변별하여 검출하기 위해서 복수의 검출기를 마련하고 있어도 된다.
다음으로, 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터(이하, 단순히 「신틸레이터」라고도 칭함)(50)에 대하여 설명한다. 본 명세서에 있어서, 신틸레이터란, 하전 입자선을 입사시켜서 발광시키는 소자를 가리키는 것으로 한다. 도 3은 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 신틸레이터(50)는, 기재(13)와, 버퍼층(14)과, 발광층(15) 및 장벽층(16)의 적층체(12)와, 도전층(17)이 이 순서대로 적층된 구성을 갖는다. 버퍼층(14), 적층체(12) 및 도전층(17)으로 신틸레이터 발광부(11)를 구성하고 있다. 도전층(17)은, 하전 입자선 장치 내에 있어서, 검출 대상이 되는 하전 입자가 입사하는 측에 형성된다.
신틸레이터(50)의 재료는, 예를 들어 기재(13)를 사파이어, 버퍼층(14)을 GaN, 발광층(15)을 InGaN, 장벽층(16)을 GaN, 도전층(17)을 Al로 할 수 있다. 버퍼층(14), 발광층(15) 및 장벽층(16)은, 기상 성장법(Chemical Vapor Deposition: CVD)에 의해 성막할 수 있다. 상술한 재료로 구성된 적층체(12)는, 양자 웰 구조를 갖고, 높은 발광 강도를 얻을 수 있다.
기재(13)는, 예를 들어 2 내지 4인치φ의 원반형상이며, 버퍼층(14), 적층체(12)를 성장시켜서, 도전층(17)을 형성한 후에 소정의 사이즈로 잘라낸 것을 신틸레이터로서 사용할 수 있다. 기재(13)와 버퍼층(14)의 계면은, 평면이어도 요철이 있는 구조여도 된다. 예를 들어, 구조 피치 10 내지 10000㎚이며 또한 구조 높이 10 내지 10000㎚의 돌기형 구조가 연속적으로 형성되어 있는 구조를 사용하면, 적층체(12)에서의 발광을 기재(13)측으로 취출할 수 있는 확률이 증가하여, 발광 출력을 향상시킬 수 있다.
버퍼층(14)의 두께는, 5㎛ 이상인 것이 바람직하다. 버퍼층(14)을 5㎛ 이상으로 함으로써, 도전층(17)측으로부터 입사한 2차 입자(4)가 기재(13)에 도달하지 않기 때문에, 기재(13)에 대한 하전 입자선의 입사에 의한 발광을 억제할 수 있다.
발광층(15)과 장벽층(16)을 적층함으로써, 장벽층(16)에서 2차 입자(4)에 의해 발생한 캐리어(전자 e-, 홀 h+)가 장벽층(16)의 내부를 이동하고, 발광층(15)에 도달하여 재결합했을 때에 발광한다. 단, 발광층(15)과 장벽층(16)은 조성이 달라 격자 상수가 다르기 때문에, 격자 상수의 차에 의해 구조에 변형이 발생하여, 발광 강도의 저하나 잔광의 주요인인 옐로우 루미네션스 강도의 증가가 일어날 가능성이 있다.
일반적으로는, 발광층(15)에 대하여 장벽층(16)을 두껍게 하기 위해서, 적층체(12)의 격자 상수는 주로 장벽층(16)에 따르게 되지만, 발광층(15)을 적층할 때에 양자의 격자 상수가 어긋나 변형이 발생하기 때문에, 결정성이 저하되어, 잔광이 증가하는 원인이 된다.
상술한 바와 같이, 발광층(15)과 장벽층(16)의 적층체(12)가 양자 웰 구조를 가짐으로써, 높은 발광 강도를 얻을 수 있다. 그러나, 격자 상수가 다른 발광층(15)과 장벽층(16)을 적층하고 있기 때문에 변형이 발생하고, 결정성이 저하되어 잔광이 증가한다. 본 발명자는, 예의 검토한 결과, 발광층(15)의 두께 a에 따라서 장벽층(16)의 두께 b를 결정함으로써, 변형의 발생을 억제하여 결정성의 저하를 억제하고, 잔광을 저감시킬 수 있다는 사실을 알게 되었다. 본 발명은, 해당 지견에 기초하는 것이다.
발광층(15)의 두께 a와 장벽층(16)의 두께 b의 관계는, 구체적으로는, b/a=11 이상 25 이하로 하는 것이 바람직하다. b/a가 11보다 작으면, 발광층(15)에서 발생한 격자 상수의 어긋남을 장벽층(16)에서 억제할 수 없어 변형이 발생하고, 잔광이 증가될 가능성이 있다. 또한, b/a가 25보다 크면, 장벽층(16)을 이동하는 캐리어의 발광층(15)에 대한 도달 확률이 감소하여, 발광 강도가 저하될 가능성이 있다. 또한, 발광 강도 향상과 잔광 강도 저하의 효과를 더욱 잘 발현시키기 위해서는, b/a는 11 이상 20 이하인 것이 바람직하다.
장벽층(16)은, Si가 도프되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 장벽층(16) 중의 Si의 농도의 오더가 1016 이상 1019㎝-3 이하가 되도록, Si를 도프하는 것이 바람직하다. Si를 도프하면 장벽층(16)에서의 캐리어의 이동도가 향상되어, 발광층(15)에 대한 도달 확률이 증가한다. 그 때문에, 장벽층(16)을 두껍게 한 경우에서도 캐리어의 재결합 확률을 유지하여, 발광 강도를 저하시키지 않고 잔광 강도를 저하시킬 수 있다.
도프하는 Si 농도의 오더가 1016㎝-3 보다도 적으면, 장벽층(16)을 두껍게 했을 때에 캐리어의 이동도가 불충분해져서, 발광 강도가 저하될 가능성이 있다. 또한, Si 농도의 오더가 1019㎝-3 보다 많으면, Si 도프에 의한 장벽층(16)의 격자 상수 변화량이 증가하여, 적층체(12)에 변형이 발생할 가능성이 있다. 또한, 발광 강도 향상과 잔광 강도 저하의 효과를 잘 발현시키기 위해서는, 장벽층(16)의 Si의 농도는, 1017 내지 1018㎝-3의 오더인 것이 바람직하다.
발광층(15)에 있어서도, 캐리어의 이동도를 향상시키기 위해서 Si가 도프되어 있어도 되지만, 발광층(15)의 Si 농도의 오더는, 1016㎝-3 이하인 것이 바람직하다. Si 농도의 오더가 1016㎝-3의 오더보다 많으면, 발광층(15)과 장벽층(16)의 격자 상수의 차가 커져서, 적층체(12)에 변형이 발생하고, 발광 강도의 저하나 잔광 강도의 증가가 일어날 가능성이 있다.
발광층(15) 및 장벽층(16)의 Si 농도에 대해서는, 2차 이온 질량 분석법(SIMS) 등에 의해 측정할 수 있다.
장벽층(16)의 두께 b는, 30㎚ 이상 100㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 두께 b가 30㎚보다 얇으면, 적층체(12)에 변형이 발생하여 발광 강도의 저하나 잔광 강도의 증가가 일어날 가능성이 있다. 또한, 두께 b가 100㎚보다 두꺼우면, 장벽층(16)을 이동하는 캐리어의 발광층(15)에 대한 도달 확률이 감소하여, 발광 강도가 저하될 가능성이 있다.
발광층(15)과 장벽층(16)은, 교대로 복수층 적층되어 있는 것이 바람직하다. 장벽층(16)이 두꺼우면 캐리어의 발생수가 증가하지만, 너무 두꺼우면 발광층(15)에 대한 캐리어의 도달 확률이 감소하여, 발광 강도가 저하될 가능성이 있다. 이때, 발광층(15)과 장벽층(16)을 복수 교대로 적층함으로써, 각각의 장벽층(16)의 두께를 유지한 채, 적층체(12)에 포함되는 장벽층(16)의 총 두께를 증가할 수 있기 때문에, 캐리어수의 증가와 캐리어의 발광층(15)에 대한 도달 확률 향상을 양립하는 것이 가능해진다.
적층체(12)의 두께는 200㎚ 이상 1000㎚ 이하인 것이 바람직하다. 적층체(12)가 200㎚보다 얇으면, 장벽층(16)에서 발생하는 캐리어수가 적기 때문에 발광 강도가 낮아진다. 또한, 적층체(12)가 1000㎚보다 두꺼우면, 발광해도 버퍼층(14)측에 광이 도달하기 전에 적층체(12) 내에서 흡수되어, 신틸레이터로부터의 광 취출량이 감소할 가능성이 있다.
발광층(15)과 장벽층(16)의 층수는, 각각 5 이상 25 이하로 하는 것이 바람직하다. 층수가 5보다 적으면 적층체(12)를 두껍게 할 수 없어 발광 강도가 낮아질 가능성이 있다. 또한, 층수가 25보다 많으면, 격자 상수가 다른 층을 다수 적층하는 것에 의해 변형이 발생하여, 발광 강도의 저하나 잔광 강도의 증가가 일어날 가능성이 있다. 또한, 적층체(12)가 두꺼워지기 때문에, 적층체(12) 내에서 광이 흡수되어서 광 취출량이 감소할 가능성이 있다.
도전층(17)의 두께는, 40㎚ 이상 200㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 도전층(17)이 40㎚보다 얇으면, 2차 입자(4)가 입사할 때에 대전할 가능성이 있다. 또한, 도전층(17)이 200㎚보다 두꺼우면, 2차 입자(4)가 도전층(17)을 통과할 때에 에너지가 손실되고, 적층체(12)에 대한 하전 입자선의 입사량이 감소할 가능성이 있다. 도전층(17)의 재질은, 도전성이 있는 재료라면, Al 이외에도 다른 재질이나 합금 등을 사용할 수 있다.
버퍼층(14), 발광층(15), 장벽층(16), 도전층(17)의 층 두께나 층수에 대해서는, 투과 전자 현미경(TEM)이나 X선 등을 사용함으로써 측정할 수 있다.
LED(발광 다이오드)의 경우, 전류 주입에 의해 p형 반도체와 n형 반도체의 사이에 있는 pn 접합 부분에서 캐리어가 재결합하여 발광하는 것에 대하여, 도 3에 도시한 신틸레이터에서는, n형 구조 내에서 입사한 하전 입자에 의한 캐리어의 여기 및 재결합에 의한 발광이 일어난다. 그 때문에, pn 접합시키지 않고 발광시킬 수 있다.
상기 설명의 신틸레이터에서는, 신틸레이터 내의 상하 방향(도전층(17)으로부터 기재(13)을 향한 방향)뿐만 아니라, 좌우 방향에도 광을 전파할 수 있다. 그 때문에, 도 2와 같이 시료(3)로부터의 2차 입자(4)의 입사면이 큰 신틸레이터(50)에 대하여, 입사면과 90도의 각도를 형성하여 마련된 면을 갖는 수광 소자(52)에 라이트 가이드(51)로 도광하는 경우에도, 신틸레이터(50)의 내부를 광이 전파함으로써 수광 소자(52)에서의 광의 검출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는, 발광층(15)의 두께 a와 장벽층(16)의 두께 b의 비 b/a와, 발광 강도, 잔광 강도의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4에서는, 발광 강도의 피크가 415㎚ 부근의 신틸레이터를 사용하고, 380 내지 480㎚의 강도를 적산한 값을 발광 강도로서 나타내고 있다. 또한, 잔광 강도에 대해서는, 415㎚ 부근의 발광 피크 강도에 대한 550㎚의 옐로우 루미네션스의 강도의 비로 나타내었다.
도 4에 도시한 바와 같이, b/a=11 내지 25에 있어서 잔광 강도를 충분히 감소시킴(0.06％ 이하)을 알 수 있었다. 또한, 이때, 발광 강도에 대해서는 동일 정도를 유지할 수 있음을 알 수 있다. 즉, b/a를 11 내지 25로 함으로써, 발광 강도의 저감을 억제하고, 또한, 잔광 강도를 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 5는, 장벽층(16)의 Si 농도와, 발광 강도, 잔광 강도의 관계를 나타낸 그래프이다. 발광 강도 및 잔광 강도에 대해서는, 도 4와 마찬가지의 방법으로 평가한 결과를 나타내고 있다. 이 그래프로부터, Si 농도의 오더를 1016 내지 1019㎝-3으로 하면, 잔광 강도가 발광 강도에 대하여 0.06％ 이하로 감소됨을 알 수 있다. 즉, Si 농도를 1016 내지 1019㎝-3의 오더로 함으로써, 잔광 강도를 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.
상기 측정에서는, 발광 피크 파장이 415㎚ 부근의 신틸레이터를 사용하였지만, 발광층(15)의 In 농도 등을 변경함으로써, 발광 피크 파장을 450㎚ 부근까지 장파장화한바, 마찬가지의 결과가 얻어진다는 사실을 알게 되었다.
상기 설명은, 주로 신틸레이터를 주사 전자 현미경 등의 검출기에 적용한 예를 설명한 것이지만, 질량 분석 장치의 검출기로서, 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터를 채용해도 된다.
질량 분석 장치는, 이온을 전자기적 작용에 의해 질량 분리하고, 측정 대상 이온의 질량/전하비를 계측하는 것이다. 도 6은 본 발명의 하전 입자선 장치의 제3 예를 나타내는 단면 모식도이다. 도 6에서는, 하전 입자선 장치(10c)로서 질량 분석 장치의 구성을 나타내고 있다. 도 6에 도시한 질량 분석 장치(10c)는, 분석 대상인 시료를 이온화하는 이온화부(60)와, 이온화부(60)에 있어서 취출된 이온을 질량 선택하는 질량 분리부(61)와, 질량 분리부(61)에 있어서 질량 선택된 이온을 전극에 충돌시켜서 하전 입자로 변환하는 컨버전 다이노드(변환 전극)(62)와, 컨버전 다이노드(62)에서 발생한 하전 입자를 검출하는 2차 입자 검출기(5)를 갖는다.
이온화부(60)의 이온화 방법으로서, ESI(Electrospray Ionization), APCI(Atmospheric Pressure Chemical Ionization), MALDI(Matrix-Assisited Laser Desorption Ionization) 및 APPI(Atmospheric Pressure Photo-Ionization) 등이 있다. 또한, 질량 분리부(61)에는, QMS(Quadrupole Mass Spectrometer)형, Iontrap형, 시간 비행(Time-Of-Flight)형, FT-ICR(Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance)형, Orbitrap형 혹은 그것들의 복합형 등이 있다.
2차 입자 검출기(5)는, 도 1 및 도 2에 도시한 2차 입자 검출기(5)와 마찬가지의 구성을 갖고 있으며, 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터(50)를 구비하고 있다. 본 발명의 하전 입자선 장치용 신틸레이터(50)를 적용함으로써, 고속이고 또한 고감도 분석이 가능한 질량 분석 장치(10c)의 제공이 가능해진다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 발광 강도 증가와 잔광 강도 저감을 양립하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터를 제공할 수 있음이 개시되었다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세히 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
상술한 본 발명의 실시 형태에서는, 본 발명의 하전 입자선 장치로서 SEM 및 질량 분석 장치를 예로 하여 설명하였지만, 본 발명의 하전 입자선 장치는 이들에 한정되는 것은 아니다. 이온빔을 사용한 다른 장치에 대한 적용도 가능하다.
또한, SEM을 사용한 경우의 용도로서도, 관찰만이 아니라, 반도체 패턴의 계측 장치 및 검사 장치 등에도 적용 가능하다.
10a, 10b: 하전 입자선 장치(전자 현미경 장치)
10c: 하전 입자선 장치(질량 분석 장치)
1: 전자원
2: 1차 전자선
3: 분석 대상물(시료)
4: 2차 입자
5: 2차 입자 검출기
50: 신틸레이터
51: 라이트 가이드
52: 수광 소자
8: 전자 광학 경통
9: 시료실
11: 신틸레이터 발광부
12: 발광층과 장벽층의 적층체
13: 기재
14: 버퍼층
15: 발광층
16: 장벽층
17: 도전층
60: 이온화부
61: 질량 분리부
62: 변환 전극

Claims (15)

  1. 기재와, 상기 기재의 표면에 마련된 버퍼층과, 상기 버퍼층의 표면에 마련된 발광층 및 장벽층의 적층체와, 상기 적층체의 표면에 마련된 도전층을 갖고,
    상기 발광층은 InGaN을 포함하고, 상기 장벽층은 GaN을 포함하며,
    상기 발광층의 두께 a와, 상기 장벽층의 두께 b의 비 b/a가, 11 이상 25 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 b/a가 11 이상 20 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장벽층은 Si를 포함하고, 상기 Si의 농도의 오더가 1016㎝-3 이상 1019㎝-3 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 장벽층은 Si를 포함하고, 상기 Si의 농도의 오더가 1017㎝-3 이상 1018㎝-3 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장벽층의 두께 b가 30㎚ 이상 100㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 Si를 포함하고, 상기 Si의 농도의 오더가 1016㎝-3 미만인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광층과 상기 장벽층이 교대로 적층된 적층체를 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적층체의 두께가 200㎚ 이상 1000㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광층과 상기 장벽층의 층수가, 각각, 5 이상 25 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도전층이 Al인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층이 GaN을 포함하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층의 두께가 5㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치용 신틸레이터.
  13. 분석 대상물에 전자선을 조사하는 전자원과, 상기 분석 대상물에 상기 전자선이 조사되었을 때에 방출되는 2차 입자를 검출하는 2차 입자 검출기를 구비하고,
    상기 2차 입자 검출기가, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 상기 하전 입자선 장치용 신틸레이터를 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하전 입자선 장치용 신틸레이터가, 상기 2차 입자가 방출되는 상기 분석 대상물의 바로 위에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 하전 입자선 장치가, 전자 현미경 장치 또는 질량 분석 장치인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
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