JPH02126550A - Surface analysis device - Google Patents

Surface analysis device

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Publication number
JPH02126550A
JPH02126550A JP63279154A JP27915488A JPH02126550A JP H02126550 A JPH02126550 A JP H02126550A JP 63279154 A JP63279154 A JP 63279154A JP 27915488 A JP27915488 A JP 27915488A JP H02126550 A JPH02126550 A JP H02126550A
Authority
JP
Japan
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protons
sample
atoms
scattered
energy
Prior art date
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Pending
Application number
JP63279154A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Aoki
青木 正彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP63279154A priority Critical patent/JPH02126550A/en
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to analyze even light atoms which are low in mass number by tilting a specimen to proton beams in case of the light atoms in order to measure the speeds of recoil atoms, holding the specimen close to the direction normal to the proton beams in case of heavy atoms, and thereby determine the loss in energy of scattered protons by a position detector so as to obtain the spectrum of each atom. CONSTITUTION:In case of light atoms, a specimen is held obliquely to the axial line of protons so that recoil atoms go into a TOF device which is arranged obliquely. Then, when the speed is obtained by a step of measuring the time from the departure of each atom out of the specimen 4 to its arrival to a micro- channel plate 8, the kind of the atom is determined. In case of heavy atoms, the specimen 4 is held to the direction normal to the incident beam of the protons. In this case, the protons are scattered in all directions by the heavy atoms, but only the proton with H=180 deg. out of them goes into a position detector 5, the abundance of the heavy protons is thereby determined by a step of counting the protons going into the respective positions of the position detector 5. By this constitution, it is possible to make the measurement of the atoms in a wide range complementarily by a single device.

Description

【発明の詳細な説明】 (1)技術分野 この発明は、質量数が小さい元素をも検出できるように
した表面解析装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field The present invention relates to a surface analysis device capable of detecting even elements with small mass numbers.

表面解析装置は、真空中で、加速された陽子を試料に当
て、弾ね返えされた陽子のエネルギー分布を求める事に
より、試料表面の原子分布を求めるものである。
A surface analysis device is used to determine the atomic distribution on the surface of a sample by exposing accelerated protons to the sample in a vacuum and determining the energy distribution of the bounced protons.

陽子のエネルギー損失を分析手段として使うので、Pr
oton Energy Loss 5pectros
copy PELSという。
Since the energy loss of protons is used as a means of analysis, Pr
oton Energy Loss 5pectros
It's called copy PELS.

表面解析装置というのは、このようにPELSとも呼ば
れ、両者は、これまで等価であった。
The surface analysis device is thus also called PELS, and the two have been equivalent until now.

しかし、ここで提案するのは、表面解析装置ではあるが
、PELSのカテゴリーに入らない。陽子のエネルギー
損失を対象としないからである。
However, although what we propose here is a surface analysis device, it does not fall into the PELS category. This is because the energy loss of protons is not considered.

この点をまず強調しなければならない。This point must be emphasized first.

(イ) PELS 原理を説明する。(b) PELS Explain the principle.

第5図は、質量mの陽子が、質量Mの原子に衝突する時
の略図を示す。陽子が速度Uで入射し、衝突により、角
eだけ散乱され速度Wになったとする。原子は角Φの方
向に速度Vで飛び出す。
FIG. 5 shows a schematic diagram when a proton of mass m collides with an atom of mass M. Suppose that a proton enters at a velocity U and is scattered by an angle e due to a collision, resulting in a velocity W. Atoms fly out with velocity V in the direction of angle Φ.

従来のPELSは入射陽子について、エネルギー損失を
求めるものであった。入射陽子のエネルギーをEOs散
乱陽子のエネルギーをElとすると、この間)ては比例
関係がある。
Conventional PELS determines the energy loss of incident protons. If the energy of the incident proton is EO and the energy of the scattered proton is El, then there is a proportional relationship between them.

比例定数をに@とすると、 E1= K@Eo           (1)「−基 によって求められる。「はMをmで割ったもので、質量
数にほぼ等しい。エネルギー損失ΔEはΔE == E
o−El(4) によって定義される。
If the constant of proportionality is @, E1 = K@Eo (1) It is determined by the - group. " is M divided by m, which is approximately equal to the mass number. Energy loss ΔE is ΔE == E
o-El(4).

陽子を当て、同じものが弾ね返ってくるのを調べるのが
PELSである。
PELS is a method of bombarding an object with protons and examining whether the same particles bounce back.

最初は、低散乱角θ;0のものが提案された。Initially, a low scattering angle θ of 0 was proposed.

イールドが高いからである。しかし、(2)から分るよ
うに、低散乱角のものは、陽子のエネルギー損失が少な
く、エネルギー分解能がよほど高くないと、質量数の近
い元素を弁別できない。
This is because the yield is high. However, as can be seen from (2), when the scattering angle is low, the energy loss of protons is small, and unless the energy resolution is very high, it is not possible to discriminate between elements with similar mass numbers.

また、表面に凹凸があると、散乱が2回以上になったり
してくる。
Furthermore, if the surface is uneven, scattering may occur more than once.

低散乱角のものは、入射陽子ビームに対し、試料面が平
行に近くなっていて、散乱陽子ビームも、入射ビームが
少し曲げられたという程度のものである。
In the case of a low scattering angle, the sample surface is nearly parallel to the incident proton beam, and the scattered proton beam is such that the incident beam is slightly bent.

本発明のものは、こういう幾何学的配置が似ている。し
かし、測定の対象が違う。本発明は、散乱された原子の
速度を測定する。PELSは散乱させた陽子のエネルギ
ーを測定する。
The present invention is similar in this geometric arrangement. However, the object of measurement is different. The present invention measures the velocity of scattered atoms. PELS measures the energy of scattered protons.

(つ)従来技術 この他にも欠点があるので、低散乱角のものは、やがて
高散乱角(e== 180’ )のものにテよって、と
ってかわられた。
(1) Prior Art Since there are other drawbacks, the low scattering angle type was eventually replaced by the high scattering angle type (e==180').

これは、散乱陽子が入射陽子と同じ経路を逆行する事に
なる。エネルギー損失ΔEが最大である。
This causes the scattered protons to travel the same path as the incident protons. Energy loss ΔE is maximum.

実際には、陽子をイオンとし、引出し電圧Vexに上り
、qVexの運動エネルギーを与える。これは5 ke
V〜20 keVの低い電圧である。
In reality, protons are made into ions, which rise to the extraction voltage Vex and give kinetic energy of qVex. This is 5 ke
It is a low voltage of V~20 keV.

これでは、エネルギーが不足する。そこで、加速管を通
し、加速電圧Vaccを加える。こうして、入射陽子の
エネルギーEoを、 EO= q’/ax −)−qVacc       
  (51によって得る。Eoは100keV程度とす
る。
This results in a lack of energy. Therefore, an accelerating voltage Vacc is applied through an accelerating tube. In this way, the energy Eo of the incident proton is expressed as EO= q'/ax −)−qVacc
(obtained by 51. Eo is approximately 100 keV.

第6図にPELSの概要を示す。これはイオン源1、マ
グネット2、加減速管3、試料4、位置検出器5よりな
る。いずれも、高真空中にある。簡単のため真空容器、
真空排気装置は図示しない。
Figure 6 shows an overview of PELS. It consists of an ion source 1, a magnet 2, an acceleration/deceleration tube 3, a sample 4, and a position detector 5. Both are in high vacuum. Vacuum container for easy,
A vacuum evacuation device is not shown.

試料で散乱され180°の方向に弾返えされたもののエ
ネルギーE1は El = qVex −1−qVacc−ΔE(6)で
ある。加減速管3を経て、マグネット2に入り、位置検
出器5に入る時のエネルギーEaはa qVex − ΔE (7ン である。
The energy E1 of the light scattered by the sample and reflected in the 180° direction is El = qVex -1 - qVacc - ΔE (6). The energy Ea when it passes through the acceleration/deceleration tube 3, enters the magnet 2, and enters the position detector 5 is a qVex - ΔE (7 n).

θ−πであると、 となる。軽い元素はどKが小さくなる。If θ−π, becomes. Lighter elements have a smaller K.

エネルギー損失ΔEは、 ΔE 1−K)E。The energy loss ΔE is ΔE 1-K)E.

であるから、軽い元素はど大きい。Therefore, lighter elements are larger.

に)発明が解決しようとする問題点 位置検出器の検出下限をEdとすると、これはQ、 5
 keV〜1 keV程度である。これ以上でなければ
カウントできない。
) Problem to be solved by the invention If the detection lower limit of the position detector is Ed, then this is Q, 5
It is about keV to 1 keV. If it is not more than this, it cannot be counted.

すると、 E、  ≧ Ed              旧)で
なければ、カウントミスすることになる。
Then, unless E, ≧ Ed (old), there will be a counting error.

すると、軽い元素はΔEが太き(、Eaが小さくなり、
PELSでは測定できない。
Then, for light elements, ΔE becomes thicker (, Ea becomes smaller,
It cannot be measured with PELS.

q Vex ≦Ed+ΔE          (1,
2)となるような軽い元素に対し、PELSは無力であ
る。
q Vex ≦Ed+ΔE (1,
PELS is powerless against light elements such as 2).

第7図はマグネット2に於ける陽子軌道半径Rを横軸と
し、エネルギー損失ΔE1質量数I゛を縦軸としたグラ
フである。曲線のパラメータは引出しエネルギーqVe
xであるo Eo = 100key、  θ=πであ
る。
FIG. 7 is a graph with the proton orbit radius R in the magnet 2 as the horizontal axis and the energy loss ΔE1 mass number I'' as the vertical axis. The parameters of the curve are the extraction energy qVe
x o Eo = 100key, θ=π.

引出しエネルギーq Vexを大きくすれば、軽い元素
を測定できるようになって(る。しかし、それでも、質
量数が20以下の元素は、PELSで測定できない。q
 Vexを20 key以上にする事は難しいからであ
る。
By increasing the extraction energy qVex, it becomes possible to measure light elements (but even then, elements with mass numbers below 20 cannot be measured by PELS.q
This is because it is difficult to increase Vex to 20 keys or more.

入射エネルギーEoを低くすると、ΔEを下げられる。By lowering the incident energy Eo, ΔE can be lowered.

しかし%EOが低いと、試料表面で陽子が中性化してし
まう事が多くなり、望複しくない。それでEoをあまり
下げる事ができない。
However, if the %EO is low, protons often become neutralized on the sample surface, which is undesirable. Therefore, Eo cannot be lowered much.

質量数が20以下というと、H,He、 LL、 Be
、 B、C1N、OlFなどの元素がある。このうち、
H,C。
When the mass number is 20 or less, H, He, LL, Be
, B, C1N, OlF, and other elements. this house,
H, C.

0なとは、試料に含まれる事の多い元素であり、その分
析は重要である。
0 is an element that is often included in samples, and its analysis is important.

特に表面物性上Hの分析は重要である。Analysis of H is particularly important in terms of surface properties.

現在のPELSはこのような数多くの基本元素を検出で
きない。これでは、分析器としての価値が低い。
Current PELS cannot detect many of these basic elements. This has little value as an analyzer.

00  目       的 質量数の低い、軽い元素をも分析できる表面解析装置を
提供する事が本発明の目的である。
00 Purpose It is an object of the present invention to provide a surface analysis device capable of analyzing even light elements with low mass numbers.

ψ)構 成 本発明の表面解析装置は、従来の重い元素用のPELS
機構に加えて、反跳原子の速度を検出して軽い元素の分
布を測定できる機構を備える。
ψ) Configuration The surface analysis device of the present invention is similar to the conventional PELS for heavy elements.
In addition to the mechanism, it is equipped with a mechanism that can detect the velocity of recoil atoms and measure the distribution of light elements.

前者は公知であり、後者が新しいものである。The former is well known and the latter is new.

これは、散乱された陽子のエネルギーを測るのではなく
、反跳原子の速度を求めるのである。だから、PELS
ではない。
This does not measure the energy of the scattered protons, but rather the velocity of the recoil atoms. Therefore, PELS
isn't it.

反跳原子の速度から、この原子が何であるかという事が
分る。したがって、ある速度の原子がいくつ飛来したか
を計数する事により、試料表面の原子分布が分る。
The velocity of a recoil atom tells us what this atom is. Therefore, by counting how many atoms fly at a certain speed, the atomic distribution on the sample surface can be determined.

入射陽子のエネルギーが一定であるから、ある一定方向
Φに弾じきとばされた原子のエネルギーは、軽いものほ
ど大きくなる。つまり、水素原子の場合に反跳エネルギ
ーがもつとも大きい。
Since the energy of an incident proton is constant, the energy of an atom that is repelled in a certain direction Φ increases as it becomes lighter. In other words, hydrogen atoms have a large recoil energy.

エネルギーを直接計測するのは難しい。陽子ビームのよ
うに荷電を持つばあいはマグネットで曲げればよい。し
かし、反跳原子は中性であるからマグネットを使う事が
できない。
It is difficult to measure energy directly. If it has a charge, such as a proton beam, you can bend it with a magnet. However, recoil atoms cannot be used with magnets because they are neutral.

反跳原子のエネルギーを計るかわりに、ある−定距離l
を走行するに要する時間Tを測定する。
Instead of measuring the energy of the recoil atom, a certain − constant distance l
Measure the time T required to travel.

これを飛行時間という。This is called flight time.

1/Tが速度であるから、これからエネルギーに関係づ
ける事もできる。
Since 1/T is velocity, it can also be related to energy.

しかし、飛行時間でだけで、元素を特定できる。However, elements can be identified only by flight time.

軽い元素はど反跳エネルギーが犬キ<、シかも、質量が
小さいので、速度が大きくなる。従って、軽い元素はど
飛行時間Tが短くなる。飛行時間Tを横軸とし、これに
対する飛来原子数を縦軸としてグラフを書けば、これは
、原子の存在比を表現するものになる。
Lighter elements have less recoil energy and less mass, so their speed is greater. Therefore, the flight time T of lighter elements becomes shorter. If a graph is drawn with the flight time T as the horizontal axis and the number of incoming atoms as the vertical axis, this graph will express the abundance ratio of atoms.

第1図は本発明の表面解析装置の全体構成概略図である
FIG. 1 is a schematic diagram of the overall configuration of a surface analysis apparatus according to the present invention.

イオン源1は水素ガスをイオン化して、イオンビームと
するものである。引出し電圧がVexである。
The ion source 1 ionizes hydrogen gas into an ion beam. The extraction voltage is Vex.

マグネット2は、イオン源1から出た陽子ビームを曲げ
る。陽子以外のイオンは、コリメータ16に妨げられて
除かれる。
The magnet 2 bends the proton beam emitted from the ion source 1. Ions other than protons are blocked by the collimator 16 and removed.

加減速管3は、イオン源1から来た陽子を加速し、試料
で180°散乱された陽子を減速する。加速エネルギー
がEaccである。
The acceleration/deceleration tube 3 accelerates the protons coming from the ion source 1 and decelerates the protons scattered 180° by the sample. The acceleration energy is Eacc.

これが、サンプルホルダ(図示せず)などに支持された
試料4に当る。
This corresponds to the sample 4 supported by a sample holder (not shown) or the like.

試料4の表面状態を調べるのがこの装置の目的であるが
、手段がふたつある。
The purpose of this device is to examine the surface condition of sample 4, and there are two methods.

ひとつは、軽い元素を調べる手段である。この場合、試
料4は陽子軸線に対し、ななめにし、反跳原子が、斜め
に置かれたTOF装置に入るようにする。第1図実線で
示す試料はこのような状態である。試料からTOF装置
6へ飛んでいるのはもはや陽子でない。反跳原子である
One is a means of investigating light elements. In this case, the sample 4 is placed at an angle with respect to the proton axis, so that recoil atoms enter the TOF device placed at an angle. The sample shown by the solid line in FIG. 1 is in such a state. It is no longer protons that fly from the sample to the TOF device 6. It is a recoil atom.

重い元素について測定する時は、試料4を入射陽子ビー
ムに対し、直角にする方がよい。破線でこれを示す。こ
の場合、重い元素により、陽子は多方向へ散乱される。
When measuring heavy elements, it is better to hold the sample 4 at right angles to the incident proton beam. This is indicated by a dashed line. In this case, protons are scattered in multiple directions due to the heavy elements.

このうちθ=180°のもののみが、加減速管を反対向
きに通り、(力式に示すエネルギーEaになる。これが
マグネット2で半円弧を描き位置検出器5に入る。
Of these, only θ=180° passes through the acceleration/deceleration tube in the opposite direction and becomes the energy Ea shown in the force equation. This draws a semicircular arc with the magnet 2 and enters the position detector 5.

半円弧の直径りは で与えられる。qは電荷、Bはマグネットの磁束密度で
ある。
The diameter of a semicircular arc is given by. q is the electric charge, and B is the magnetic flux density of the magnet.

質量の大きい原子によって散乱されると、Eaが大きい
ので、Lが大きい。位置検出器5のそれぞれの位置に入
射した陽子数をカウントすると、散乱させた原子の存在
比が分ることになる。これにより、重い原子の存在量が
分る。得られるものはエネルギー損失ΔEのスペクトル
で第1図(b)に示すようなものである。このような機
構は既に存在する。
When scattered by atoms with large mass, Ea is large, so L is large. By counting the number of protons that have entered each position of the position detector 5, the abundance ratio of the scattered atoms can be determined. This allows us to determine the abundance of heavy atoms. What is obtained is a spectrum of energy loss ΔE as shown in FIG. 1(b). Such a mechanism already exists.

TOF装置6は、マイクロチャンネルプレート8、増幅
器9、パルス電源γ、トリガー回路10、遅延回路15
、TDCli、コンピュータ12、静電偏向器13、ス
リット14などよりなる。
The TOF device 6 includes a microchannel plate 8, an amplifier 9, a pulse power supply γ, a trigger circuit 10, and a delay circuit 15.
, TDCli, a computer 12, an electrostatic deflector 13, a slit 14, etc.

マイクロチャンネルプレート8は、反跳原子が高速で入
射すると、電流が流れるようになった検出器である。反
跳原子は中性であるが、これに当たると二次電子が出て
、これが増幅されて感知できる電流を生ずる。1個の粒
子であっても検出できる。
The microchannel plate 8 is a detector in which a current flows when recoil atoms are incident at high speed. The recoil atoms are neutral, but when they hit, they release secondary electrons, which are amplified and produce a perceivable electrical current. Even a single particle can be detected.

増幅器9はこれを増幅する。Amplifier 9 amplifies this.

パルス電源7は、短い幅のパルス電圧ヲ生スる。The pulse power supply 7 generates a short width pulse voltage.

パルス電圧は静電偏向器13に加えられる。陽子ビーム
が静電力によって偏向する。前方にスリット14がある
ので、偏向した陽子は壁に当って除かれる。このため陽
子ビームがパルス状になる。
A pulsed voltage is applied to the electrostatic deflector 13. A proton beam is deflected by electrostatic forces. Since there is a slit 14 in front, the deflected protons hit the wall and are removed. Therefore, the proton beam becomes pulsed.

たとえば、この陽子ビームパルスは、幅が10n se
cでくりかえしが20kHzとする事ができる。
For example, this proton beam pulse has a width of 10n se
The repetition rate can be set to 20kHz with c.

パルス状の陽子が試料4に当る。反跳原子が多aft方
向へ飛ぶ。マイクロチャンネルプレート8は反跳角Φの
方向に設けられているので、この方向に飛んだ原子が入
射する。
The pulsed protons hit sample 4. The recoil atoms fly in the aft direction. Since the microchannel plate 8 is provided in the direction of the recoil angle Φ, atoms flying in this direction are incident.

この原子が試料4を離れてマイクロチャンネルプレート
8に入射するまでの時間が飛行時間T。
The time taken for these atoms to leave the sample 4 and enter the microchannel plate 8 is the flight time T.

(TOF)である。これが分ると、距離l ?1−To
で割って速度が分る。
(TOF). Knowing this, the distance l? 1-To
Divide by to find the speed.

速度が分かれば、それが何の原子であるかという事が分
る。
If you know the velocity, you can tell what kind of atom it is.

トリガー回路10は、パルス電源7のパルス発生をトリ
ガーするものである。この時に、静電偏向器13を陽子
が通過するとする。静電偏向器13から試料4まで陽子
が飛行するのに要する時間t3は分っている。
The trigger circuit 10 triggers the pulse generation of the pulse power source 7. At this time, it is assumed that protons pass through the electrostatic deflector 13. The time t3 required for protons to fly from the electrostatic deflector 13 to the sample 4 is known.

遅延回路15は、トリガー回路10でトリガー信号が生
じた時からt3だけ遅延しf: 5TART信号をTD
Cl 1に与える。5TART信号のタイミングは、陽
子が試料に当たり反跳原子がとびだす時と同時である。
The delay circuit 15 delays f: 5TART signal by t3 from the time when the trigger signal is generated in the trigger circuit 10.
Give Cl 1. The timing of the 5TART signal coincides with the time when protons hit the sample and recoil atoms fly out.

そして、反跳原子は、距離lを飛行し、マイクロチャン
ネルプレート8に入る。この時刻をT2とする。この時
5TOP信号がTDCllに入力される。
The recoil atoms then fly a distance l and enter the microchannel plate 8. Let this time be T2. At this time, the 5TOP signal is input to TDCll.

トリガー信号が生じた時刻をT3とすると、原子が試料
4から出た時刻T1はT1−T3−1− t3である。
If the time when the trigger signal is generated is T3, the time T1 when the atom leaves the sample 4 is T1-T3-1-t3.

原子の飛行時間Toは(T2  ”+)であるので、こ
の原子の速度Vは となる。コれがTOF’法(Time of Flig
ht)である。
Since the flight time To of the atom is (T2 ''+), the velocity V of this atom is .This is the TOF' method (Time of Flig
ht).

この方法自体は周知である。This method itself is well known.

T D C11(Time to Digital C
onverter)は、スタート時T1と、ストップ時
T2との時間差を計算し、コンピュータ12によって速
度データを処理する。
TDC11 (Time to Digital C
onverter) calculates the time difference between the start time T1 and the stop time T2, and processes the speed data by the computer 12.

このような計数を続けると、飛行時間Toの函数として
のカウント数が得られる。
Continuing such counting yields a count as a function of the flight time To.

飛行時間TOF(To)を横軸とし、カウント数を縦軸
としてグラフを書くと第1図(C)のような分布が得ら
れる。Toが小さいのは軽い元素、大きいのは重い元素
に対応する。Toは質量数I゛によって置き換える事が
できる。つまり、このようなグラフから、試料表面の軽
い(I”≦20)元素についての分布が分る。
If a graph is drawn with the flight time TOF (To) as the horizontal axis and the count number as the vertical axis, a distribution as shown in FIG. 1(C) will be obtained. A small To corresponds to a light element, and a large To corresponds to a heavy element. To can be replaced by mass number I'. In other words, from such a graph, the distribution of light (I''≦20) elements on the surface of the sample can be seen.

飛行時間Toのかわりに、反跳原子のエネルギーEre
coilを横軸にとってもよい。
Instead of the flight time To, the recoil atomic energy Ere
The coil may be plotted on the horizontal axis.

Erecoil  = −!!−v” であるから、f15)のVからErecoilを求める
事ができる。
Erecoil = -! ! -v'', Erecoil can be found from V of f15).

(→  作     用 試料40表面状態を調べるのであるが、重い元素を対象
とする場合は、陽子ビームに対し試料を直角にしく破線
)、位置検出器5で、陽子数をエネルギーごとに計数す
る。これで第1図(b)に示すようなグラフが得られる
。横軸は陽子のエネルギー損失である。
(→ The surface condition of the working sample 40 is investigated; if a heavy element is the target, the sample is made perpendicular to the proton beam and the broken line is drawn).The position detector 5 counts the number of protons for each energy. This yields a graph as shown in FIG. 1(b). The horizontal axis is the proton energy loss.

これは、 PELSとしての使い方で従来から試みられ
ている。
This has been attempted in the past when used as PELS.

軽い元素を対象とする場合、試料4を斜めにし、反跳原
子をTOF装置シテ入射させ、飛行時間Toに対するカ
ウントを計数する。
When targeting light elements, the sample 4 is tilted, the recoil atoms are made to enter the TOF apparatus, and the number of counts is counted relative to the flight time To.

これにより、第1図(C)のようなグラフが得られる。As a result, a graph as shown in FIG. 1(C) is obtained.

或は、Erecoilに換算して(d)のようなグラフ
を得る。
Alternatively, convert it into Erecoil to obtain a graph like (d).

反跳原子のTOFにより、表面解析する、というのが本
発明の眼目である。
The purpose of the present invention is to perform surface analysis using TOF of recoil atoms.

そこで反跳角Φ、速度Vなどについて、質量数【゛と関
係づける式を与えておく。
Therefore, we will give a formula that relates the recoil angle Φ, velocity V, etc. to the mass number [゛.

第5図に於て、質量mの陽子が速度UでX軸上を直進し
、原子Mに当ってθの方向へ速度Wになるよう散乱され
たとする。原子MはΦの方向に反跳したとする。
In FIG. 5, it is assumed that a proton of mass m travels straight on the X-axis at a velocity U, hits an atom M, and is scattered at a velocity W in the direction of θ. Suppose that the atom M recoils in the direction of Φ.

運動量保存則より m[J = m WCO5θ十MVCO3Φ     
  (17)0 = m Wsinθ−MVsinΦ(
l(至) エネルギー保存則より ±mU2=±mW2+土Mv′ α〕 これらを解いて、 Φを独立変数と して表わすと、 (20から、 反跳角Φを一定と して、 I”に対する速度 ■を求める事ができる。
From the law of conservation of momentum, m [J = m WCO5θ + MVCO3Φ
(17) 0 = m Wsinθ−MVsinΦ(
l (To) From the law of conservation of energy, ±mU2 = ±mW2 + Sat Mv' α] Solving these and expressing Φ as an independent variable, we get (From 20, with the recoil angle Φ constant, find the speed ■ with respect to I'' I can do things.

たとえば、 EO= 100 keVとすると、陽子の初速 Uは43 × 108cm/sec である。for example, EO= If it is 100 keV, the initial velocity of the proton is U is 43 × 108cm/sec It is.

11 = 100 cmと して、 となる。11 = 100 cm do, becomes.

Φ=30°で TO− 133(1’+ 1 ) n5ec (2(イ) Φ=60°で TO= 232 (I’+ 1 ) n
5ec   (25)飛行時間と質量数l゛が一対一に
対応していることが分る。
At Φ=30°, TO- 133 (1'+ 1) n5ec (2(a) At Φ=60°, TO= 232 (I'+ 1) n
5ec (25) It can be seen that there is a one-to-one correspondence between the flight time and the mass number l'.

飛行時間Toと質量数1”の関係を第3図に示す。FIG. 3 shows the relationship between the flight time To and the mass number 1''.

これはEO= 100 keV、 11 = 100c
m、、 ’I’= 300.60゜の例である。
This is EO = 100 keV, 11 = 100c
This is an example of m,, 'I' = 300.60°.

反跳原子のエネルギーErecoilは、 (20)か
らニヨッテ表ワサれルo EO= 100 keV 、
Φ=30°、60゜とすると、 となり、反跳エネルギーもl”と一義的につながってい
る事が分る。第2図に「とErecoilの関係を図示
した。
The energy of the recoil atom, Erecoil, is given by (20): EO = 100 keV,
When Φ = 30° and 60°, it becomes as follows, and it can be seen that the recoil energy is also uniquely connected to l''. Figure 2 shows the relationship between ' and Erecoil.

(り)効 果 従来のPELSは、質量数が20以下の元素に対して適
用できない。
(ri) Effect Conventional PELS cannot be applied to elements with a mass number of 20 or less.

(1)本発明は、質量数の小さい元素の分布測定に用い
る事ができる。C,Hloなどの重要な元素に対して有
力な分析手段を与える。
(1) The present invention can be used to measure the distribution of elements with small mass numbers. It provides a powerful analytical means for important elements such as C and Hlo.

(2)従来のPELS装置と同じ装置に設ける事ができ
る。試料を回わすだけで、重い元素と軽い元素とについ
て測定できる。
(2) It can be installed in the same device as a conventional PELS device. Heavy and light elements can be measured just by rotating the sample.

ひとつの装置で相補的に、応い範囲の元素について測定
を行なう事ができる。
A single device can perform complementary measurements on a corresponding range of elements.

(3)軽い元素の分析をリアルタイムで行なう事ができ
る。つまり表面状態をリアルタイムでモニタしながら、
表面分析ができる。
(3) Analysis of light elements can be performed in real time. In other words, while monitoring the surface condition in real time,
Surface analysis is possible.

第4図に一例を示す。t=toのErecoixの分布
が(a)に示でれる。t−tlでのErecoilの分
布が(b)に示される。このような分布は短い時間で得
られるので、リアルタイム処理できる。表面状態の速い
変化をダイナミックに把える事ができる。
An example is shown in FIG. The Erecoix distribution for t=to is shown in (a). The distribution of Erecoil at t-tl is shown in (b). Since such a distribution can be obtained in a short time, real-time processing is possible. Rapid changes in surface conditions can be dynamically detected.

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

第1図(a)は本発明の表面解析装置の全体構成図。(
b)〜(d)は測定結果を示すグラフ。 第2図は質量数■”と反跳エネルギーとの関係を例示す
るグラフ。 第3図は質量数Fと飛行時間Toとの関係を例示するグ
ラフ。 第4図は表面状態の変化を例示するスペクトル図。 第5図は陽子と原子の衝突の際の変数を定義するための
図。 第6図は従来の表面解析装置の原理構成図。 第7図は従来の表面解析装置において、マグネットでの
半円直径を横軸とし、ΔE1質量数[゛を縦軸とし、引
出しエネルギーをパラメータとして書いたグラフ。 1・・・・・・イオン源 2・・・・・・マグネット 3・・・・・・加減速管 4・・・・・・試 料 5・・・・・・位置検出器 6・・・・・・TOF装置 7・・・・・・ 8・・・・・・ 9・・・・・・ 10・・・・・・ 11・・・・・・ 12・・・・・・ 13・・・・・・ 14・・・・・・ パルス電源 マイクロチャンネルブレー 増幅器 トリガー回路 DC コンピュータ 静電偏向器 スリット 明  者 円 木 正 彦
FIG. 1(a) is an overall configuration diagram of the surface analysis apparatus of the present invention. (
b) to (d) are graphs showing measurement results. Figure 2 is a graph illustrating the relationship between mass number ■'' and recoil energy. Figure 3 is a graph illustrating the relationship between mass number F and flight time To. Figure 4 is an example of changes in surface condition. Spectrum diagram. Figure 5 is a diagram for defining variables during collisions between protons and atoms. Figure 6 is a diagram of the principle configuration of a conventional surface analysis device. Figure 7 is a diagram showing the principle configuration of a conventional surface analysis device. A graph drawn with the semicircle diameter as the horizontal axis, ΔE1 mass number [゛ as the vertical axis, and extraction energy as the parameter. ...Accelerator/deceleration tube 4...Sample 5...Position detector 6...TOF device 7...8...9... ...... 10... 11... 12... 13... 14... Pulse power supply Microchannel Brake amplifier trigger circuit DC Computer static Electric deflector slit light source Masahiko Maruki

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 真空中に於て陽子ビームを生ずるイオン源1と、イオン
源1から生じた陽子イオンの軌道を曲げるためのマグネ
ット2と、マグネット2を通つた陽子を加速し試料4に
当て試料4で散乱されて反対方向に通る陽子を減速する
加減速管3と、試料4に当つて散乱され加減速管3で減
速されマグネット2で曲げられた陽子ビームのエネルギ
ー分布を求める位置検出器5と、これらの装置を囲む真
空容器と、真空容器を真空に排気する真空排気装置と、
陽子ビームの入射線からみて、試料の斜め後方に設けら
れ試料表面から出た反跳原子の速度を測定するTOF装
置6とよりなり、軽い元素の表面分布を測定する場合は
、試料4を陽子ビームに対して傾け反跳原子がTOF装
置6に入るようにし、これによつて軽い元素のスペクト
ラムを求め、重い元素の表面分布を測定する場合は、試
料4を陽子ビームに対して直角に近くし、散乱陽子のエ
ネルギー損失を位置検出器5によつて求め重い元素のス
ペクトラムを求めるようにした事を特徴とする表面解析
装置。
An ion source 1 that generates a proton beam in a vacuum, a magnet 2 that bends the trajectory of the proton ions generated from the ion source 1, and a magnet 2 that accelerates the protons that have passed through the magnet 2 and hits a sample 4 where they are scattered by the sample 4. an acceleration/deceleration tube 3 that decelerates protons passing in the opposite direction, a position detector 5 that measures the energy distribution of the proton beam that is scattered by the sample 4, decelerated by the acceleration/deceleration tube 3, and bent by the magnet 2; A vacuum container surrounding the device, a vacuum evacuation device that evacuates the vacuum container to a vacuum,
The TOF device 6 is installed obliquely behind the sample when viewed from the incident line of the proton beam, and measures the velocity of recoil atoms exiting the sample surface.When measuring the surface distribution of light elements, the sample 4 is When tilting the sample 4 with respect to the beam so that the recoil atoms enter the TOF device 6, thereby obtaining the spectrum of light elements, and measuring the surface distribution of heavy elements, the sample 4 should be placed close to perpendicular to the proton beam. A surface analysis device characterized in that the energy loss of scattered protons is determined by a position detector 5 to determine the spectrum of heavy elements.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017537426A (en) * 2014-10-22 2017-12-14 サイエンストゥモロー、エルエルシー Quantitative secondary electron detection

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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