WO2017126089A1 - 阻止電位型エネルギー分析器 - Google Patents

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grid electrode
electrode
potential
charged particle
voltage
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隆桂之 室
智裕 松下
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公益財団法人高輝度光科学研究センター
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    • H01J2237/24485—Energy spectrometers

Definitions

  • the present invention relates to a blocking potential type energy analyzer used for analyzing charged particles such as electrons and ions.
  • a blocking potential type energy analyzer selects a charged particle (electron, ion, etc.) emitted from a charged particle source (analytical sample, charged particle beam source, etc.) having an energy of a magnitude greater than a predetermined value. It is a detector to detect.
  • the blocking potential type energy analyzer is composed of three plate-like grid electrodes (front grid electrode, middle grid electrode, and rear grid electrode) arranged at equal intervals in the traveling direction of charged particles, and voltage applied to the grid electrode. The voltage application part which applies, and a detector are provided.
  • a mesh-like one knitted with a wire is used (for example, Patent Document 1).
  • the front grid electrode and the rear grid electrode are grounded, and a voltage having a predetermined magnitude that is the same polarity as the charged particle to be measured is applied to the middle grid electrode.
  • a potential difference is formed between the front grid electrode and the middle grid electrode to prevent charged particles from entering, and a potential difference is formed between the middle grid electrode and the rear grid electrode to accelerate the charged particles toward the detector. Is done. Charged particles emitted from the sample are decelerated while heading from the front grid electrode to the middle grid electrode. And only what has reached the middle grid electrode and passed through the middle grid electrode is guided to the detector.
  • the blocking potential type energy analyzer it is possible in principle to obtain the energy spectrum of charged particles by using the difference in detected intensity of charged particles at a plurality of blocking potential differences that are separated by a certain value.
  • the conventional blocking potential type energy analyzer has a problem of low energy resolution and cannot be used to obtain an energy spectrum in spectroscopic measurement such as photoelectron spectroscopy.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a blocking potential type energy analyzer capable of measuring charged particles with higher energy resolution than before.
  • the present inventor has high energy resolution in a conventional blocking potential energy analyzer (a configuration in which three flat or spherical plate-like grid electrodes are arranged at equal intervals to make the middle grid electrode a blocking potential). As a result of investigating the reason why it cannot be obtained, the following was found.
  • an equipotential surface parallel to the surface of the former grid electrode and the middle grid electrode is formed, and charged particles may enter perpendicularly to the equipotential surface.
  • the equipotential surface is not formed near the entrance of the through hole, and in the plane parallel to the surface of the grid electrode, A potential gradient appears in which the potential decreases from the periphery toward the center.
  • the charged particles are decelerated due to the potential difference between the previous grid electrode and the middle grid electrode, so the traveling direction of the charged particles incident on the through holes of the middle grid electrode is It varies greatly depending on the potential gradient at the entrance and inside. As a result, a part of the charged particles collides with the inner wall of the through hole of the grid electrode and is lost, and the energy resolution is lowered.
  • the present invention has been made in consideration of the above factors, and as a result of the simulation of the arrangement of the various grid electrodes and the magnitude of the applied voltage by the present inventor, the detector side of the middle grid electrode at the blocking potential is shown. Near the entrance of the through hole of the middle grid electrode by increasing the downstream potential gradient (more precisely, the ratio of the downstream potential gradient to the upstream potential gradient formed on the charged particle source side). This is based on the knowledge that the electric field can be made such that charged particles can easily pass through the through hole.
  • a first aspect of the present invention made to solve the above problem is a blocking potential type energy analyzer that measures the energy of charged particles emitted from a charged particle source using a charged particle detector, a) Between the charged particle source and the charged particle detector, a front grid electrode, a reference grid electrode, and a rear grid electrode are arranged in this order, and more than the distance between the reference grid electrode and the front grid electrode, Three grid electrodes arranged so that a distance between a reference grid electrode and the latter grid electrode is shortened; b) An upward potential difference of a predetermined magnitude is provided between the reference grid electrode and the preceding grid electrode, and a descending magnitude greater than the upward potential difference is provided between the reference grid electrode and the subsequent grid electrode. And a voltage applying unit for applying a voltage to a part or all of the three grid electrodes so as to give a potential difference of.
  • the second aspect of the present invention which has been made to solve the above problems, is a blocking potential type energy analyzer that measures the energy of charged particles emitted from a charged particle source using a charged particle detector. And a) Between the charged particle source and the charged particle detector, a front grid electrode, a reference grid electrode, and a rear grid electrode are arranged in this order, and a distance between the reference grid electrode and the front grid electrode is determined by the reference grid electrode Three grid electrodes arranged to be equal to or greater than the distance between the grid electrode and the subsequent grid electrode; b) An upward potential difference of a predetermined magnitude is provided between the reference grid electrode and the preceding grid electrode, and a downward potential difference greater than the upward potential difference between the reference grid electrode and the subsequent grid electrode. A voltage applying unit that applies a voltage to a part or all of the three grid electrodes.
  • the grid electrode is, for example, a plate electrode having a through hole in the thickness direction or a mesh electrode knitted with a wire.
  • various shapes such as a spherical grid electrode and a curved grid electrode can be used as the grid electrode.
  • the upward potential gradient is a gradient formed by a potential difference of the same polarity as the charged particles and decelerates the charged particles, and the downward potential gradient is formed by a potential difference of the opposite polarity to the charged particles. It is an accelerating gradient.
  • a detector capable of setting the incident surface of charged particles to a predetermined potential such as a charged particle detector such as a microchannel plate (MCP)
  • MCP microchannel plate
  • the incident surface of the detector is set to the latter stage. It can be used as a grid electrode.
  • the energy of charged particles is measured by arranging three grid electrodes at equal intervals and forming a blocking potential on the reference grid electrode.
  • the grid electrode is a planar grid electrode
  • the ratio of the upward potential gradient to the downward potential gradient is 1.0.
  • the grid electrode is a spherical grid electrode
  • the front grid electrode, the reference grid electrode, and the rear grid electrode are respectively 38 mm, 40 mm, and If it is arranged at a position of 42 mm (that is, a grid electrode separation distance of 2 mm), the potential gradient ratio is about 1.1. That is, the ratio of the potential gradient formed by the conventional electrode arrangement was about 1 regardless of whether the planar grid electrode or the spherical grid electrode was used.
  • the distance between the reference grid electrode and the rear grid electrode is shorter than the distance between the reference grid electrode and the front grid electrode.
  • the potential difference between the reference grid electrode and the rear-stage grid electrode is made larger than the potential difference between the reference grid electrode and the front-stage grid electrode.
  • the potential gradient on the rear stage side (more precisely, the ratio of the potential gradient on the rear stage side with respect to the potential gradient on the front stage side) is made larger than before.
  • the curvature of the equipotential surface near the entrance of the through hole of the reference grid electrode is reduced, and the trajectory of the charged particles is bent near the entrance of the through hole and collides with the inner wall of the through hole.
  • the charged particle can be converged toward the center of the outlet of the through hole by increasing the curvature of the equipotential surface in the vicinity of the outlet.
  • a lens effect for converging charged particles in the mesh gap can be obtained by increasing the potential gradient ratio.
  • charged particles that have disappeared by colliding with the wire of the mesh electrode Passes through the mesh gap.
  • the lens effect is a conventionally known effect in which charged particles are converged in a mesh gap (a gap through which charged particles pass). That is, when the blocking potential type energy analyzer according to the present invention is used, loss of charged particles is reduced, and high energy resolution and high detection sensitivity can be obtained.
  • the blocking potential type energy analyzer can be embodied in various forms.
  • three grid electrodes front grid electrode, reference grid electrode, and rear grid electrode
  • the front grid electrode is grounded, and a voltage having the same polarity as the charged particles (blocking voltage) is applied to the reference grid electrode.
  • a voltage having the same polarity as the charged particles is applied to the reference grid electrode.
  • the same voltage is applied to the incident surface of the charged particle detector as the latter grid electrode in order to reliably transport the charged particles that have passed through the latter grid electrode to the charged particle detector without decelerating. It is preferable that the voltage is equal to the voltage applied to the post-stage grid electrode.
  • a voltage (blocking voltage) of the same polarity as the charged particles is applied only to the reference grid electrode, and the front grid electrode and the rear grid electrode are grounded, and the distance between the front grid electrode and the reference grid electrode is determined by the distance between the rear grid electrode and the reference grid electrode. It can also be realized by making it longer than the distance of the electrodes.
  • the angular distribution of charged particles emitted from one point on the sample can be measured together with energy by using a two-dimensional detector as the charged particle detector. Therefore, it is possible to obtain a higher angular resolution than before.
  • charged particles can be measured with higher energy resolution than before.
  • the principal part block diagram of one Example of the blocking potential type energy analyzer which concerns on this invention The figure explaining the surface potential of a middle stage grid electrode. Table of configurations used for electron transmission simulation. Simulation result of electron transmittance when mesh electrode is used. The simulation result of the electron transmittance at the time of using a plate electrode. The table
  • photoelectrons having energy larger than a predetermined threshold are selected and detected from charged particles emitted from a charged particle source (sample, particle beam source, etc.).
  • FIG. 1 shows the main configuration of the blocking potential type energy analyzer of the present embodiment.
  • the blocking potential type energy analyzer of the present embodiment is disposed at the position of the front grid electrode 21 disposed at a distance r1 from the sample 10, the middle grid electrode 22 disposed at a distance r2, and the distance r3.
  • a post-stage grid electrode 23, a two-dimensional detector having a microchannel plate (MCP) 31, a fluorescent screen 32, and an imaging means (not shown) for capturing a fluorescent image on the fluorescent screen 32 are provided.
  • the front grid electrode 21, the middle grid electrode 22, and the rear grid electrode 23 are all spherical grid electrodes.
  • Each grid electrode is a plate electrode in which a large number of through holes are formed at a predetermined cycle, or a mesh electrode knitted with a wire.
  • the sample 10 is placed on a grounded sample table (not shown), and one point on the surface thereof is irradiated with X-rays having a predetermined energy from a light source (not shown).
  • Various nonmagnetic metal materials aluminum, gold, platinum, copper, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, stainless steel, etc.
  • the grid electrode is a plate-like electrode, it is preferable to use copper or titanium in consideration of workability when forming the through hole.
  • the grid electrode is a mesh electrode
  • the charged particle incident surfaces of the front-stage grid electrode 21, the rear-stage grid electrode 23, and the MCP 31 are grounded, and the middle-stage grid electrode 22 has a predetermined size that has the same polarity (negative polarity) as the charged particles (photoelectrons) to be measured. Is applied to form a blocking potential.
  • the grid electrode on which the blocking potential is formed is also referred to as a reference grid electrode.
  • the measurement target is a negative charged particle (photoelectron)
  • a negative blocking potential is formed.
  • the measurement target is a positive charged particle (positive ion or the like)
  • the blocking potential is formed.
  • the distance (r3-r2) from the middle grid electrode 22 to the rear grid electrode 23 is larger than the distance (r2-r1) from the front grid electrode 21 to the middle grid electrode 22.
  • the rear grid electrode 23 is arranged so as to be close.
  • the middle grid with respect to the upward potential gradient formed between the previous grid electrode 21 and the middle grid electrode 22 (hereinafter referred to as “previous potential gradient”).
  • the ratio of the downward potential gradient formed between the electrode 22 and the rear-stage grid electrode 23 (hereinafter referred to as “rear-stage-side potential gradient”) is made larger than the conventional one.
  • An ascending potential gradient is a gradient of a potential difference having the same polarity as that of a charged particle and decelerates the charged particle
  • a descending potential gradient is a gradient of a potential difference opposite to that of the charged particle and accelerates the charged particle.
  • a concentric equipotential surface centering on the sample position (more precisely, the X-ray irradiation position on the sample surface) is formed between the front-stage grid electrode and the middle-stage grid electrode. It is configured assuming that charged particles enter perpendicular to the potential surface.
  • the charged particles are decelerated by the potential difference between the previous grid electrode and the middle grid electrode, and therefore the traveling direction of the charged particles incident on the through holes of the middle grid electrode is the potential gradient. It varies greatly depending on. As a result, a part of the charged particles collides with the inner wall of the through-hole formed in the plate-like electrode and is lost and the energy resolution is lowered.
  • an arrow in FIG. 1 As a result of studying various configurations by the present inventor, as shown in FIG. 1, by increasing the ratio of the potential gradient on the rear stage side to the potential gradient on the front stage side as compared with the conventional one, an arrow in FIG. As shown, the curvature of the equipotential surface near the entrance of the through hole of the middle grid electrode 22 is reduced to avoid the charged particle trajectory being bent near the entrance of the through hole and colliding with the inner wall of the through hole, and in the vicinity of the exit. It was found that the charged particles can be converged toward the center of the outlet of the through hole by increasing the curvature of the equipotential surface of the plate electrode.
  • the distance r2 from the sample 10 to the middle grid electrode 22 is fixed to 40 mm
  • the distance r3 to the rear grid electrode 23 is fixed to 42 mm
  • the front grid electrode 21 is fixed.
  • FIG. 1 A list of spherical grid electrodes used in the simulation is shown in FIG.
  • Two types of mesh electrodes (mesh electrodes 1 and 2) and one type of plate electrode (plate electrode 1) were used as the spherical grid electrodes.
  • Mesh electrode 1 has 508 openings (mesh gap) per inch (2.54 cm) and 81% of the surface is open (opening interval: 50 ⁇ m, wire diameter: 5 ⁇ m), mesh electrode 2 is 1 inch It has 254 openings per hole and 81% of the surface is open (opening interval: 100 ⁇ m, wire diameter: 10 ⁇ m).
  • the plate electrode 1 is formed by forming openings (through holes) having a diameter of 60 ⁇ m at intervals of 100 ⁇ m in a dome-shaped metal having a thickness of 100 ⁇ m.
  • FIG. 4 shows simulation results for Example M1 and Comparative Example M1 using mesh electrode 1, and simulation results for Example M2 and Comparative Example M2 using mesh electrode 2.
  • Example M1 and (c) Example M2 the distance r1 from the sample 10 to the front grid electrode 21 is set to 12 mm, and the distance from the front grid electrode 21 to the middle grid electrode 22 (r2-r1) Is 28 mm, and the distance (r3-r2) from the middle grid electrode 22 to the rear grid electrode 23 is 2 mm (potential gradient ratio is 49.0),
  • Comparative Example M1 and (d) Comparative Example M2 are the front grid When the distance from the electrode 21 to the middle grid electrode 22 (r2-r1) and the distance from the middle grid electrode 22 to the rear grid electrode 23 (r3-r2) are both 2 mm (potential gradient ratio is 1.1) It is a simulation result.
  • the horizontal axis in the figure shows the difference between the value obtained by dividing the kinetic energy of the photoelectron by the electric charge and converted into a potential difference, and the value of the blocking potential (the potential difference between the previous grid electrode 21 and the middle grid electrode 22) with respect to the blocking potential value. What is expressed in (percentage), the vertical axis is the electron transmittance.
  • Example M1 and Comparative Example M1 both mesh electrodes 1
  • Example M2 and Comparative Example M2 both mesh electrodes 2
  • the rises of the graphs of Examples M1 and M2 are comparative examples M1 and M2. It becomes sharper and it can be seen that the energy resolution is improved from Comparative Examples M1 and M2, which are the conventional configurations.
  • Example M1 mesh electrode 1
  • Example M2 mesh electrode 2
  • FIG. 5 shows simulation results for Examples P1-1 and P1-2 using the plate electrode 1 and Comparative Example P1.
  • Example P1-1 has a distance r1 from the sample 10 to the front grid electrode 21 of 12 mm, a distance (r2-r1) from the front grid electrode 21 to the middle grid electrode 22 of 28 mm, and the middle grid. This is a simulation result when the distance (r3-r2) from the electrode 22 to the rear grid electrode 23 is 2 mm (potential gradient ratio is 49.0).
  • Example P1-2 has a distance r1 from the sample 10 to the front grid electrode 21 of 32 mm, a distance (r2-r1) from the front grid electrode 21 to the middle grid electrode 22 of 8 mm, and the middle grid.
  • Comparative Example P1 has a distance (r2-r1) from the front grid electrode 21 to the middle grid electrode 22 and a distance (r3-r2) from the middle grid electrode 22 to the rear grid electrode 23 are both 2 mm. This is a simulation result in the case of (potential gradient ratio is 1.1).
  • the mesh electrode has the advantage that the electron transmittance can be increased and the sensitivity can be improved. It can be seen that the electrode has the advantage of increasing the energy resolution.
  • the distance r1 from the sample 10 to the front grid electrode 21 is fixed to 12 mm
  • the distance r3 to the rear grid electrode 23 is fixed to 42 mm
  • the distance r2 from the sample 10 to the middle grid electrode 22 is changed.
  • the ratio of potential gradients (rear-side potential gradient / rear-side potential gradient) was changed, and the electron transmittance was simulated respectively. This simulation was performed only for the plate-like spherical grid electrode.
  • FIG. 6 is a list of spherical grid electrodes used in this simulation
  • FIG. 7 shows the simulation results.
  • the plate-like electrode 2 is a dome-shaped metal having a thickness of 50 ⁇ m and openings (through-holes) with a diameter of 30 ⁇ m formed at intervals of 50 ⁇ m. The diameter and the electrode thickness are both halved). From the simulation results shown in FIGS. 7 (a) to (f), it can be seen that the larger the potential gradient ratio, the sharper the rise of the graph and the better the energy resolution. Further, from the comparison between Example P1-4 and Example P2-1 (potential gradient ratio 10), and the comparison between Example P1-5 and Example P2-2 (potential gradient ratio 5), the grid of the plate-like electrodes was determined. It can be seen that finer resolution improves the energy resolution.
  • the angular distribution of photoelectrons emitted from the sample can be measured simultaneously.
  • the two-dimensional detector here is not limited to a detector having an incident surface for charged particles, such as a two-dimensional detector comprising an MCP 31 and a fluorescent screen 32, but a channeltron (secondary electron multiplier).
  • a plurality of zero-dimensional detectors arranged in a two-dimensional array to form a two-dimensional detector is also included.
  • electrostatic hemispherical analyzers have been used for measurements that require high energy resolution and angular resolution.
  • this analyzer among the photoelectrons emitted from the sample, photoelectrons emitted in a predetermined direction are introduced into the hemispherical analyzer.
  • the inside of the hemisphere has an inner hemisphere and an outer hemisphere, and a potential corresponding to a voltage difference applied to them is formed.
  • the photoelectrons introduced inside the hemisphere only those having energy corresponding to the potential difference are detected by flying in the space between the inner hemisphere and the outer hemisphere.
  • the electrostatic hemispherical analyzer is generally large and expensive. Further, since only photoelectrons emitted from the sample at a predetermined angle are detected, in order to obtain the angular distribution of the photoelectrons emitted from the sample, the relative angle is obtained by moving at least one of the sample surface and the electrostatic hemispherical analyzer. The measurement had to be changed sequentially, which took time.
  • the blocking potential type energy analyzer of the present embodiment has a simple configuration of three grid electrodes, a power source, and a detector, and thus can be configured smaller and cheaper than an electrostatic hemispherical analyzer.
  • the angular distribution of photoelectrons can be measured by a single measurement, the angular distribution of photoelectrons emitted from the sample can be measured even when the sample is easily broken or denatured by light irradiation.
  • the present invention (1) The three grid electrodes are arranged so that the distance between the reference grid electrode and the rear grid electrode is shorter than the distance between the reference grid electrode and the front grid electrode. (2) By satisfying at least one of the two requirements of increasing the potential difference between the reference grid electrode and the rear-stage grid electrode rather than the potential difference between the reference grid electrode and the front-stage grid electrode, the potential on the front-stage side is higher than that in the prior art. This is based on the technical idea of increasing the ratio of the rear-side potential gradient to the gradient, and can be realized by various electrode arrangements and applied voltage magnitudes other than the above embodiments.
  • the case of measuring photoelectrons emitted from one point on the sample surface has been described, but it can also be used for measuring charged particles such as ion beams.
  • two planar grid electrodes (the front grid electrode 41 and the middle grid electrode 42) are used.
  • MCP31, and fluorescent screen 32 can be preferably used.
  • the electron incident surface of the MCP 31 is grounded and used as the rear grid electrode 43.
  • the rear grid electrode 43 may be used separately from the MCP 31.
  • the post-stage grid electrode 43 is disposed between the intermediate grid electrode 42 and the detector.
  • the energy resolution increases as the ratio of the rear-stage side potential gradient and the front-stage side potential gradient increases.
  • the middle grid electrode and the rear grid electrode are too close to each other, a discharge may occur between them.
  • the rear grid electrode 43 is changed to the middle grid electrode 42.
  • the ratio of the potential gradients can be increased without being too close to.
  • an electron optical system (such as an electron lens or a collimator) for forming a charged particle beam into a substantially parallel beam is disposed on the side of the charged particle source (not shown) with respect to the front-stage grid electrode 41. It can be suitably used for cases.
  • a voltage is applied to a component such as an electron optical system, it is preferable that the pre-stage grid electrode arranged adjacent to the component has the same potential as the component.
  • the rear grid electrode disposed adjacent to the component is set to the same potential as the component.
  • FIG. 10 it may be configured using four or more grid electrodes.
  • an auxiliary grid electrode 54 is arranged between the front grid electrode 51 and the middle grid electrode 52, and a voltage having the same polarity as the charged particles is applied to the auxiliary grid electrode 54.
  • the potential gradient ratio can be increased without bringing the grid electrode 53 too close to the middle grid electrode 52.
  • the first front grid electrode 51 is placed at a position 12 mm from the sample 10 and grounded, and the second front grid electrode 54 is placed at a position 15 mm from the sample 10 and a voltage corresponding to 95% of the blocking potential is applied.
  • the middle grid electrode 52 When the middle grid electrode 52 is placed at a position 40 mm from the sample 10 and a voltage corresponding to the blocking potential is applied, and the rear grid electrode 53 is placed at a position 42 mm from the sample 10 and grounded (the grid electrode is Both are spherical plate-like electrodes.
  • the simulation results of the potential gradient of the through-hole diameter of the middle grid electrode of 0.18 mm, the distance between the through-holes of 0.20 mm, and the electrode thickness of 0.10 mm are shown in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 10B is the distance from the sample surface (unit: mm), and the vertical axis is the relative value of the potential with the blocking potential being 1. In this configuration, it was confirmed that an energy resolution of about 10,000 and an angular resolution (full width at half maximum) of ⁇ 0.3 degrees were obtained.

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Abstract

前段グリッド電極（２１）、基準グリッド電極（２２）、及び後段グリッド電極（２３）を順に並べて配置し、基準グリッド電極（２２）と前段グリッド電極（２１）との間に所定の大きさの電位差を与えて上りの電位勾配を形成するとともに、基準グリッド電極（２２）と後段グリッド電極（２３）との間に電位差を与えて下りの電位勾配を形成する阻止電位型エネルギー分析器において、基準グリッド電極（２２）と前段グリッド電極（２１）の間の距離よりも基準グリッド電極（２２）と後段グリッド電極（２３）の間の距離が短くなるようにグリッド電極を配置する。あるいは、基準グリッド電極（２２）と前段グリッド電極（２１）の間の電位差よりも基準グリッド電極（２２）と後段グリッド電極（２３）の間の電位差を大きくする。

Description

阻止電位型エネルギー分析器
　本発明は、電子やイオンなどの荷電粒子を分析するために用いられる阻止電位型エネルギー分析器に関する。
　阻止電位型エネルギー分析器は、荷電粒子源（分析対象試料や荷電粒子線源等）から発せられる荷電粒子（電子、イオン等）の中から所定値以上の大きさのエネルギーを有するものを選別して検出する検出器である。一般に、阻止電位型エネルギー分析器は、荷電粒子の進行方向に等間隔で並べられた３枚の板状のグリッド電極（前段グリッド電極、中段グリッド電極、及び後段グリッド電極）、該グリッド電極に電圧を印加する電圧印加部、及び検出器を備えている。各グリッド電極には、厚さ方向に多数の貫通孔を有する板状のもののほかに、ワイヤを編んだメッシュ状のものも用いられる（例えば特許文献１）。
　阻止電位型エネルギー分析器では、例えば前段グリッド電極と後段グリッド電極を接地し、中段グリッド電極に測定対象の荷電粒子と同極性である所定の大きさの電圧を印加する。これにより、前段グリッド電極と中段グリッド電極の間に荷電粒子の進入を阻止する電位差が形成され、また、中段グリッド電極と後段グリッド電極の間に荷電粒子を検出器に向かって加速する電位差が形成される。試料から発せられた荷電粒子は、前段グリッド電極から中段グリッド電極に向かう間に減速される。そして、中段グリッド電極に到達し、該中段グリッド電極を通過したもののみが検出器に導かれる。
特開平６－４４９３１号公報
　阻止電位型エネルギー分析器では、一定値ずつ離間した複数の阻止電位差における荷電粒子の検出強度の差を用いて荷電粒子のエネルギースペクトルを得ることが、原理的には可能である。しかし、従来の阻止電位型エネルギー分析器ではエネルギー分解能が低く、光電子分光等の分光測定においてエネルギースペクトルを得るために用いることができない、という問題があった。
　本発明が解決しようとする課題は、従来よりも高いエネルギー分解能で荷電粒子を測定することができる阻止電位型エネルギー分析器を提供することである。
　本発明者が、従来の阻止電位型エネルギー分析器（平面あるいは球面の板状の３枚のグリッド電極を等間隔に３枚配置して中段グリッド電極を阻止電位にする構成）において高いエネルギー分解能が得られない理由を調べた結果、以下のことが判明した。
　阻止電位型エネルギー分析器では、前段グリッド電極と中段グリッド電極の間に、それらの電極の表面に平行な等電位面が形成され、該等電位面に対して垂直に荷電粒子が進入することが理想である。しかし、実際には、グリッド電極に多数の貫通孔が設けられているために貫通孔の入口近傍では上記等電位面が形成されず、グリッド電極の表面に平行な面内では、該貫通孔の周縁から中央に向かって電位が低くなる電位勾配が現れる。阻止電位にある中段グリッド電極の近傍では前段グリッド電極と中段グリッド電極の間の電位差で荷電粒子が減速されているため、中段グリッド電極の貫通孔に入射する荷電粒子の進行方向は該貫通孔の入口や内部の電位勾配によって大きく変化する。その結果、荷電粒子の一部がグリッド電極の貫通孔の内壁に衝突して損失されてしまい、エネルギー分解能が低下する。
　本発明は上記の要因を踏まえてなされたものであり、本発明者が様々なグリッド電極の配置や印加電圧の大きさについてシミュレーションを行った結果、阻止電位にある中段グリッド電極の検出器側に形成される下りの電位勾配（正確には、荷電粒子源側に形成される上りの電位勾配に対する下りの電位勾配の比）を従来よりも大きくすることにより、中段グリッド電極の貫通孔の入口近傍の電場を、荷電粒子が該貫通孔を通過しやすいものにできるという知見を得たことに基づく。
　上記課題を解決するために成された本発明の第１の態様は、荷電粒子源から発せられる荷電粒子のエネルギーを、荷電粒子検出器を用いて測定する阻止電位型エネルギー分析器であって、
　a) 前記荷電粒子源と前記荷電粒子検出器の間に、前段グリッド電極、基準グリッド電極、後段グリッド電極の順に並べて配置され、前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極の間の距離よりも、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極の間の距離が短くなるように配置された３枚のグリッド電極と、
　b) 前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極との間に所定の大きさの上りの電位差を与えるとともに、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極との間に前記上りの電位差以上の大きさの下りの電位差を与えるように、前記３枚のグリッド電極の一部又は全部に電圧を印加する電圧印加部と
　を備えることを特徴とする。
　また、上記課題を解決するために成された本発明の第２の態様は、荷電粒子源から発せられる荷電粒子のエネルギーを、荷電粒子検出器を用いて測定する阻止電位型エネルギー分析器であって、
　a) 前記荷電粒子源と前記荷電粒子検出器の間に、前段グリッド電極、基準グリッド電極、後段グリッド電極の順に並べて配置され、前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極の間の距離が、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極の間の距離以上になるように配置された３枚のグリッド電極と、
　b) 前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極との間に所定の大きさの上りの電位差を与えるとともに、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極との間に前記上りの電位差よりも大きい下りの電位差を与えるように、前記３枚のグリッド電極の一部又は全部に電圧を印加する電圧印加部と
　を備えることを特徴とする。
　上記のグリッド電極とは、例えば厚さ方向に貫通孔を有する板状電極や、ワイヤを編んだメッシュ電極である。また、グリッド電極には、平面グリッド電極のほか、球面グリッド電極や曲面グリッド電極など、様々な形状のものを用いることができる。
　前記上りの電位勾配とは、荷電粒子と同極性の電位差により形成され該荷電粒子を減速する勾配であり、前記下りの電位勾配とは、荷電粒子と逆極性の電位差により形成され該荷電粒子を加速する勾配である。
　なお、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）等の荷電粒子検出器のように、荷電粒子の入射面を所定の電位にすることが可能な検出器を用いる場合には、該検出器の入射面を前記後段グリッド電極として用いることができる。
　前述の通り、従来の阻止電位型エネルギー分析器では、３枚のグリッド電極を等間隔に配置し、基準グリッド電極に阻止電位を形成して荷電粒子のエネルギーを測定していた。グリッド電極が平面グリッド電極である場合、上りの電位勾配と下りの電位勾配の比は1.0になる。一方、グリッド電極が球面グリッド電極である場合、グリッドの離間距離（等間隔）によって異なるが、例えば、前段グリッド電極、基準グリッド電極、及び後段グリッド電極を、それぞれ荷電粒子源から38mm、40mm、及び42mm（即ち、グリッド電極の離間距離2mm）の位置に配置すると、電位勾配の比は約1.1となる。即ち、平面グリッド電極、球面グリッド電極のいずれを用いた場合でも、従来の電極配置により形成される電位勾配の比は約1であった。
　本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器の第１の態様では、前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極の間の距離よりも、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極の間の距離が短くなるように前記３枚のグリッド電極を配置して、また第２の態様では前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極の間の電位差よりも、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極の間の電位差を大きくして、従来よりも大きな電位勾配比を得る。
　本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器では、従来よりも後段側の電位勾配（正確には、前段側の電位勾配に対する後段側の電位勾配の比）を大きくする。これにより、板状電極の場合には、基準グリッド電極の貫通孔の入口近傍の等電位面の曲率を小さくして荷電粒子の軌道が貫通孔の入口近傍で曲げられ貫通孔の内壁に衝突するのを回避するとともに、出口近傍の等電位面の曲率を大きくして貫通孔の出口の中央に向けて荷電粒子を収束することができる。また、メッシュ電極の場合には、電位勾配比を大きくすることによってメッシュの間隙に荷電粒子を収束させるレンズ効果が得られ、従来の配置ではメッシュ電極のワイヤに衝突して消失していた荷電粒子がメッシュの間隙を通過する。なお、レンズ効果とは、従来知られている、メッシュの間隙（荷電粒子が通過する空隙）に荷電粒子が収束される効果である。即ち、本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器を用いると、荷電粒子の損失が低減され、高いエネルギー分解能と高い検出感度が得られる。
　本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器は様々な形態で具現化することができる。例えば、３枚のグリッド電極（前段グリッド電極、基準グリッド電極、及び後段グリッド電極）を等間隔に配置し、前段グリッド電極を接地し、基準グリッド電極に荷電粒子と同極性の電圧（阻止電圧）、後段グリッド電極に荷電粒子と逆極性の電圧を印加することにより具現化することができる。なお、この場合には、後段グリッド電極を通過した荷電粒子を減速することなく荷電粒子検出器まで確実に輸送するために、該荷電粒子検出器の入射面にも後段グリッド電極と同じ電圧を印加しておくことが好ましく、その電圧の大きさを後段グリッド電極に印加する電圧と等しくすることがより好ましい。また、基準グリッド電極のみに荷電粒子と同極性の電圧（阻止電圧）を印加して前段グリッド電極と後段グリッド電極を接地し、前段グリッド電極と基準グリッド電極の距離を、後段グリッド電極と基準グリッド電極の距離よりも遠くすることにより具現化することもできる。
　前記グリッド電極として球面グリッド電極を用いる場合には、前記荷電粒子検出器として二次元検出器を用いることにより、試料上の１点から放出される荷電粒子の角度分布をエネルギーとともに測定することができ、従来よりも高い角度分解能を得ることができる。
　本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器を用いることにより、従来よりも高いエネルギー分解能で荷電粒子を測定することができる。
本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器の一実施例の要部構成図。 中段グリッド電極の表面電位を説明する図。 電子透過率のシミュレーションに用いた構成の表。 メッシュ電極を用いた場合の電子透過率のシミュレーション結果。 板状電極を用いた場合の電子透過率のシミュレーション結果。 電子透過率のシミュレーションに用いた別の構成の表。 別の構成で板状電極を用いた場合の電子透過率のシミュレーション結果。 本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器の別の実施例の要部構成図。 本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器のさらに別の実施例の要部構成図。 本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器のさらに別の実施例の要部構成図。
　本発明に係る阻止電位型エネルギー分析器及び該分析器を用いた荷電粒子のエネルギーの測定方法の一実施例について、以下、図面を参照して説明する。本実施例の阻止電位型エネルギー分析器では、荷電粒子源（試料や粒子線源等）から放出される荷電粒子のうち、所定の閾値よりも大きいエネルギーを有する光電子を選別して検出する。
　図１に本実施例の阻止電位型エネルギー分析器の要部構成を示す。本実施例の阻止電位型エネルギー分析器は、試料１０から距離r1の位置に配置された前段グリッド電極２１、距離r2の位置に配置された中段グリッド電極２２、及び距離r3の位置に配置された後段グリッド電極２３と、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）３１及び蛍光スクリーン３２並びに該蛍光スクリーン３２上の蛍光像を撮像する撮像手段（図示なし）を有する二次元検出器とを備えている。前段グリッド電極２１、中段グリッド電極２２、及び後段グリッド電極２３は、いずれも球面グリッド電極である。
　各グリッド電極は、所定の周期で多数の貫通孔が形成された板状電極、又はワイヤを編んだメッシュ電極である。試料１０は接地された試料台（図示なし）に載置されており、その表面上の１点には図示しない光源から所定のエネルギーのＸ線が照射される。グリッド電極には種々の非磁性金属材料（アルミニウム、金、白金、銅、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、ステンレス等）を用いることができる。グリッド電極が板状電極である場合には、貫通孔を形成する際の加工性等を考慮して銅やチタンを用いることが好ましい。また、グリッド電極がメッシュ電極である場合には、ワイヤを編み込む際の加工性等を考慮してタングステン、モリブデン、ステンレスを用いることが好ましい。なお、使用条件や材料の特性を考慮し、表面の酸化防止を目的とした適宜のメッキ処理を施しておくことが望ましい。
　前段グリッド電極２１、後段グリッド電極２３、及びＭＣＰ３１の荷電粒子入射面は接地されており、中段グリッド電極２２には測定対象の荷電粒子（光電子）と同じ極性（負極性）である所定の大きさの電圧が印加され阻止電位が形成されている。なお、本明細書では、阻止電位が形成されているグリッド電極を基準グリッド電極とも呼ぶ。なお、本実施例では測定対象が負の荷電粒子（光電子）であるため、負の阻止電位を形成しているが、測定対象が正の荷電粒子（正イオン等）である場合には、正の阻止電位を形成する。
　本実施例の阻止電位型エネルギー分析器では、前段グリッド電極２１から中段グリッド電極２２までの距離（r2-r1）に比べて中段グリッド電極２２から後段グリッド電極２３までの距離（r3-r2）が近くなるように後段グリッド電極２３が配置されている。これにより、図１の下段に示すように、前段グリッド電極２１から中段グリッド電極２２の間に形成される上りの電位勾配（以下、これを「前段側電位勾配」と呼ぶ。）に対する、中段グリッド電極２２から後段グリッド電極２３までの間に形成される下りの電位勾配（以下、これを「後段側電位勾配」と呼ぶ。）の比を従来よりも大きくしている。上りの電位勾配とは荷電粒子と同極性の電位差の勾配であって該荷電粒子を減速するもの、下りの電位勾配とは荷電粒子と逆極性の電位差の勾配であって該荷電粒子を加速するもの、を意味する。
　ここで、本実施例の阻止電位型エネルギー分析器において上記のような電位勾配を形成する理由を説明する。
　阻止電位型エネルギー分析器は、前段グリッド電極と中段グリッド電極の間に、試料位置（より正確には試料表面のＸ線照射位置）を中心とする同心円状の等電位面が形成され、該等電位面に対して垂直に荷電粒子が進入することを想定して構成されている。しかし、実際には、図２(a)に矢印で示すような、中段グリッド電極の表面に平行な面内に貫通孔の周縁から中央に向かって電位が低くなる電位勾配が存在する。阻止電位にある中段グリッド電極の近傍では前段グリッド電極と中段グリッド電極の間の電位差で荷電粒子が減速されているため、中段グリッド電極の貫通孔に入射する荷電粒子の進行方向は、その電位勾配によって大きく変化する。その結果、荷電粒子の一部が板状電極に形成された貫通孔の内壁に衝突して損失されエネルギー分解能が低下する。
　本発明者が種々の構成について検討した結果、図１に示すように、前段側の電位勾配に対する後段側の電位勾配の比を従来よりも大きくすることで、図２(b)中に矢印に示すように中段グリッド電極２２の貫通孔の入口近傍の等電位面の曲率を小さくして荷電粒子の軌道が貫通孔の入口近傍で曲げられ貫通孔の内壁に衝突するのを回避するとともに出口近傍の等電位面の曲率を大きくして貫通孔の出口の中央に向けて荷電粒子を収束することができることを見いだした（板状電極の場合）。また、メッシュ電極の場合には、電位勾配の比を大きくすることによりメッシュの間隙に荷電粒子を収束させるレンズ効果が得られ、低速の荷電粒子が電極に衝突するのを回避できることを見いだした。上記実施例の構成は、これらの知見に基づいている。
　上記実施例の構成を採ることにより得られる効果を検証するため、試料１０から中段グリッド電極２２までの距離r2を40mmに、後段グリッド電極２３までの距離r3を42mmに固定し、前段グリッド電極２１の位置r1を変更して３枚の球面グリッド電極を配置することにより、電位勾配の比（後段側電位勾配／前段側電位勾配）を変化させ、それぞれ電子の透過率をシミュレーションした。
　シミュレーションに用いた球面グリッド電極の一覧を図３に示す。球面グリッド電極には、２種類のメッシュ電極（メッシュ電極１、２）、及び１種類の板状電極（板状電極１）を用いた。メッシュ電極１は、1インチ（2.54cm）あたり508個の開口（メッシュの間隙）を有し表面の81%が開口したもの（開口間隔：50μm、ワイヤ径：5μm）、メッシュ電極２は1インチあたり254個の開口を有し表面の81%が開口したもの（開口間隔：100μm、ワイヤ径：10μm）である。また、板状電極１は厚さ100μmのドーム状の金属に直径60μmの開口（貫通孔）を100μm間隔で形成したものである。
　図４は、メッシュ電極１を用いた実施例Ｍ１及び比較例Ｍ１に関するシミュレーション結果と、メッシュ電極２を用いた実施例Ｍ２及び比較例Ｍ２に関するシミュレーション結果である。図４の(a)実施例Ｍ１及び(c)実施例Ｍ２は、試料１０から前段グリッド電極２１までの距離r1を12mmにし、前段グリッド電極２１から中段グリッド電極２２までの距離（r2-r1）を28mm、中段グリッド電極２２から後段グリッド電極２３までの距離（r3-r2）を2mmにした場合（電位勾配の比は49.0）、(b)比較例Ｍ１及び(d)比較例Ｍ２は前段グリッド電極２１から中段グリッド電極２２までの距離（r2-r1）、及び中段グリッド電極２２から後段グリッド電極２３までの距離（r3-r2）をいずれも2mmにした場合（電位勾配の比は1.1）のシミュレーション結果である。図の横軸は光電子の運動エネルギーを電荷で除して電位差に変換した値と阻止電位の値（前段グリッド電極２１の電位と中段グリッド電極２２の電位差）の差を、阻止電位の値に対する割合（百分率）で表したもの、縦軸は電子の透過率である。
　実施例Ｍ１と比較例Ｍ１（いずれもメッシュ電極１）、また、実施例Ｍ２と比較例Ｍ２（いずれもメッシュ電極２）を比較すると、実施例Ｍ１及びＭ２のグラフの立ち上がりは比較例Ｍ１及びＭ２より鋭くなっており、従来の構成である比較例Ｍ１及びＭ２からエネルギー分解能が向上していることが分かる。また、実施例Ｍ１（メッシュ電極１）と実施例Ｍ２（メッシュ電極２）の比較からは、細かいメッシュ電極（細かく編まれたメッシュ電極）を用いるほどエネルギー分解能が高くなることが分かる。
　図５は、板状電極１を用いた実施例Ｐ１－１、Ｐ１－２、及び比較例Ｐ１に関するシミュレーション結果である。図５の(a)実施例Ｐ１－１は、試料１０から前段グリッド電極２１までの距離r1を12mmにし、前段グリッド電極２１から中段グリッド電極２２までの距離（r2-r1）を28mm、中段グリッド電極２２から後段グリッド電極２３までの距離（r3-r2）を2mmにした場合（電位勾配の比は49.0）のシミュレーション結果である。図５の(b)実施例Ｐ１－２は、試料１０から前段グリッド電極２１までの距離r1を32mmにし、前段グリッド電極２１から中段グリッド電極２２までの距離（r2-r1）を8mm、中段グリッド電極２２から後段グリッド電極２３までの距離（r3-r2）を2mmにした場合（電位勾配の比は5.3）のシミュレーション結果である。図５の(c)比較例Ｐ１は前段グリッド電極２１から中段グリッド電極２２までの距離（r2-r1）、及び中段グリッド電極２２から後段グリッド電極２３までの距離（r3-r2）をいずれも2mmにした場合（電位勾配の比は1.1）のシミュレーション結果である。
　メッシュ電極の場合と同様に、実施例Ｐ１－１及びＰ１－２と比較例Ｐ１（いずれも板状電極１）の比較から、実施例Ｐ１－１及びＰ１－２のグラフの立ち上がりは比較例Ｐ１よりも鋭く、エネルギー分解能が向上していることが分かる。また、実施例Ｐ１－１の方が実施例Ｐ１－２よりも（即ち、電位勾配の比が大きいほど）グラフの立ち上がりが鋭く、エネルギー分解能が高くなっている。
　また、電極の形状や配置に依存するものの、図４と図５を比較すると、全体的な傾向として、メッシュ電極には電子の透過率を高くして感度を向上できるという利点があり、板状電極にはエネルギー分解能を高めることができるという利点があることが分かる。
　次に、別のシミュレーションとして、試料１０から前段グリッド電極２１までの距離r1を12mmに、後段グリッド電極２３までの距離r3を42mmに固定し、試料１０から中段グリッド電極２２までの距離r2を変更して３枚の球面グリッド電極を配置することにより、電位勾配の比（後段側電位勾配／前段側電位勾配）を変化させ、それぞれ電子の透過率をシミュレーションした。なお、このシミュレーションは板状の球面グリッド電極についてのみ行った。
　図６は、このシミュレーションに用いた球面グリッド電極の一覧であり、図７はシミュレーション結果である。板状電極２は厚さ50μmのドーム状の金属に直径30μmの開口（貫通孔）を50μm間隔で形成したもの（板状電極１のグリッドを4倍細かくし、貫通孔の間隔、貫通孔の径、電極厚さをいずれも半分にしたもの）である。図７(a)～(f)に示すシミュレーション結果から、電位勾配の比を大きくするほどグラフの立ち上がりが鋭くなりエネルギー分解能が向上することが分かる。また、実施例Ｐ１－４と実施例Ｐ２－１（電位勾配比10）の比較、また実施例Ｐ１－５と実施例Ｐ２－２（電位勾配比5）の比較から、板状電極のグリッドをより細かくするとエネルギー分解能が向上することが分かる。
　上記２つのシミュレーション結果から、本実施例の構成を採ることにより、従来の阻止電位型エネルギー分析器よりも高いエネルギー分解能が得られることが分かる。従って、例えば光電子分光等の分光測定において複数の阻止電位でそれぞれ荷電粒子を検出し、その強度差を求めることによって荷電粒子のエネルギースペクトルを得ることができる。また、上記実施例の構成を採ることにより荷電粒子の進行方向を変化させることなく（即ち試料から放出された方向を維持したまま）検出器に導くこともできる。従って、上記実施例のように、ＭＣＰ３１と蛍光スクリーン３２からなる二次元検出器を用いると、試料から放出される光電子の角度分布も同時に測定することができる。ここでいう二次元検出器には、ＭＣＰ３１と蛍光スクリーン３２からなる二次元検出器のような、荷電粒子の入射面を有する検出器に限らず、チャネルトロン（二次電子増倍管）のような０次元検出器を複数、二次元アレイ状に配置して二次元検出器としたものも含まれる。
　従来、高いエネルギー分解能及び角度分解能を要する測定には静電半球型の分析器が用いられてきた。この分析器では、試料から放出される光電子のうち、所定の方向に放出される光電子を半球型分析器の内部に導入する。半球の内部は内半球と外半球を有しており、それらに印加される電圧差に応じた電位が形成される。半球の内部に導入された光電子のうち、該電位差に応じたエネルギーを有するもののみが内半球と外半球の間の空間を飛行して検出される。
　上記静電半球型の分析器は、一般に大型かつ高価である。また、所定の角度で試料から放出される光電子のみが検出されるため、試料から放出される光電子の角度分布を得るには試料面と静電半球型分析器の少なくとも一方を移動させて相対角度を順次変更しなければならず測定に時間を要していた。一方、本実施例の阻止電位型エネルギー分析器は３枚のグリッド電極、電源、及び検出器という簡素な構成であるため静電半球型の分析器よりも小型かつ安価に構成することができる。また、一度の測定で光電子の角度分布を測定することができるため、例えば光照射によって壊れやすい試料や変性しやすい試料であっても試料から放出される光電子の角度分布を測定することができる。
　上記実施例はいずれも一例であって、本発明の主旨に沿って適宜に変更することができる。本発明は、
（１）基準グリッド電極と前段グリッド電極の間の距離よりも、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極の間の距離が短くなるように前記３枚のグリッド電極を配置する、
（２）基準グリッド電極と前段グリッド電極の間の電位差よりも、基準グリッド電極と後段グリッド電極の間の電位差を大きくする
という２つの要件の少なくとも一方を満たすことにより、従来よりも、前段側電位勾配に対する後段側電位勾配の比を大きくする、という技術的思想に基づくものであり、上記実施例以外にも種々の電極配置や印加電圧の大きさにより具現化することができる。
　上記実施例では、試料表面の１点から放出される光電子を測定する場合を説明したが、イオンビーム等の荷電粒子の測定に用いることもできる。例えば、電子レンズ等の荷電粒子光学系によって成形された、略平行なビームを測定する場合には、図８に示すように、２枚の平面グリッド電極（前段グリッド電極４１及び中段グリッド電極４２）、ＭＣＰ３１、及び蛍光スクリーン３２を好適に用いることができる。図８では、ＭＣＰ３１の電子入射面を接地し、後段グリッド電極４３として用いているが、ＭＣＰ３１と別に後段グリッド電極４３を用いて構成してもよい。例えば、チャネルトロンやファラデーカップ等を検出器として用いる場合には、該検出面を後段グリッド電極として使用することができないため、中段グリッド電極４２と検出器の間に後段グリッド電極４３を配置する。
　上記シミュレーション結果において説明したように、後段側電位勾配と前段側電位勾配の比を大きくするほど、エネルギー分解能が高くなる。しかし、中段グリッド電極と後段グリッド電極を近づけすぎると、それらの間で放電が起こる可能性がある。こうした場合には、図９に示すように、後段グリッド電極４３及びＭＣＰ３１の入射面に荷電粒子と逆極性の電圧（電子の場合＋）を印加することによって、後段グリッド電極４３を中段グリッド電極４２に近づけすぎることなく、電位勾配の比を大きくすることができる。
　図９の構成において、前段グリッド電極４１に荷電粒子と同極性の電圧を印加して、後段側の電位勾配を前段側の電位勾配よりも急峻にすることもできる。そうした構成は、例えば前段グリッド電極４１よりも荷電粒子源（図示なし）の側に、荷電粒子線を略平行なビームに成形するための電子光学系（電子レンズやコリメータなど）が配置されている場合等に好適に用いることができる。こうした電子光学系等の構成要素に電圧が印加されている場合には、その構成要素に隣接配置する前段グリッド電極を該構成要素と同電位にすることが好ましい。また、後段グリッド電極側に配置された構成要素に電圧が印加されている場合も同様に、その構成要素に隣接配置する後段グリッド電極を該構成要素と同電位にすることが好ましい。
　上記実施例ではいずれも３枚のグリッド電極を用いたが、図１０に示すように４枚あるいはそれ以上のグリッド電極を用いて構成することもできる。図１０(a)に示すように、前段グリッド電極５１と中段グリッド電極５２の間に補助グリッド電極５４を配置し、該補助グリッド電極５４に荷電粒子と同極性の電圧を印加することによって、後段グリッド電極５３を中段グリッド電極５２に近づけすぎることなく、電位勾配の比を大きくすることもできる。一例として、第１前段グリッド電極５１を試料１０から12mmの位置に配置して接地し、第２前段グリッド電極５４を試料１０から15mmの位置に配置して阻止電位の95%に相当する電圧を印加し、中段グリッド電極５２を試料１０から40mmの位置に配置して阻止電位に相当する電圧を印加し、後段グリッド電極５３を試料１０から42mmの位置に配置して接地した場合（グリッド電極はいずれも球面の板状電極であり、中段グリッド電極の貫通孔の直径0.18mm、貫通孔の間隔0.20mm、電極厚さ0.10mm）の電位勾配のシミュレーション結果を図１０(b)に、エネルギー分解能を図１０(c)に、それぞれ示す。図１０(b)の横軸は試料表面からの距離（単位：mm）で、縦軸は阻止電位を１とした電位の相対値である。この構成では、エネルギー分解能約10,000、角度分解能（半値全幅）±0.3度が得られることを確認した。
１０…試料
２１、４１、５１…前段グリッド電極
２２、４２、５２…中段グリッド電極
２３、４３、５３…後段グリッド電極
３１…ＭＣＰ
３２…蛍光スクリーン
５４…補助グリッド電極

Claims (7)

  1. 　荷電粒子源から発せられる荷電粒子のエネルギーを、荷電粒子検出器を用いて測定する阻止電位型エネルギー分析器であって、
    　a) 前記荷電粒子源と前記荷電粒子検出器の間に、前段グリッド電極、基準グリッド電極、後段グリッド電極の順に並べて配置され、前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極の間の距離よりも、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極の間の距離が短くなるように配置された３枚のグリッド電極と、
    　b) 前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極との間に所定の大きさの上りの電位差を与えるとともに、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極との間に前記上りの電位差以上の大きさの下りの電位差を与えるように、前記３枚のグリッド電極の一部又は全部に電圧を印加する電圧印加部と
    　を備えることを特徴とする阻止電位型エネルギー分析器。
  2. 　荷電粒子源から発せられる荷電粒子のエネルギーを、荷電粒子検出器を用いて測定する阻止電位型エネルギー分析器であって、
    　a) 前記荷電粒子源と前記荷電粒子検出器の間に、前段グリッド電極、基準グリッド電極、後段グリッド電極の順に並べて配置され、前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極の間の距離が、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極の間の距離以上になるように配置された３枚のグリッド電極と、
    　b) 前記基準グリッド電極と前記前段グリッド電極との間に所定の大きさの上りの電位差を与えるとともに、前記基準グリッド電極と前記後段グリッド電極との間に前記上りの電位差よりも大きい下りの電位差を与えるように、前記３枚のグリッド電極の一部又は全部に電圧を印加する電圧印加部と
    　を備えることを特徴とする阻止電位型エネルギー分析器。
  3. 　前記前段グリッド電極と前記基準グリッド電極にそれぞれ前記荷電粒子と同極性の第１電圧と該第１電圧よりも絶対値の大きい第２電圧が印加されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の阻止電位型エネルギー分析器。
  4. 　前記基準グリッド電極に前記荷電粒子と同極性の電圧が印加され、前記後段グリッド電極に前記荷電粒子と逆極性の電圧が印加されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の阻止電位型エネルギー分析器。
  5. 　前記荷電粒子検出器が二次元検出器であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の阻止電位型エネルギー分析器。
  6. 　前記３枚のグリッド電極が球面グリッド電極であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の阻止電位型エネルギー分析器。
  7. 　前記後段グリッド電極が前記荷電粒子検出器の荷電粒子入射面であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の阻止電位型エネルギー分析器。
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