JPH0378944B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0378944B2 JPH0378944B2 JP58191780A JP19178083A JPH0378944B2 JP H0378944 B2 JPH0378944 B2 JP H0378944B2 JP 58191780 A JP58191780 A JP 58191780A JP 19178083 A JP19178083 A JP 19178083A JP H0378944 B2 JPH0378944 B2 JP H0378944B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- horn
- electromagnetic
- microwaves
- receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
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、特に空胴
共振器に代えて電磁ホーンを用いて試料にマイク
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。
共振器に代えて電磁ホーンを用いて試料にマイク
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は、試料を空胴共
振器内に挿入して測定を行う。この方法は測定感
度が高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10mm
φ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意に選ぶことがで
きない、等の欠点があつた。
振器内に挿入して測定を行う。この方法は測定感
度が高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10mm
φ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意に選ぶことがで
きない、等の欠点があつた。
この欠点を除くため、空胴共振器を用いない第
１図に示す基本構成を持つ電子スピン共鳴装置が
特願昭57−215075号（特開昭59−105551号）に提
案されている。同図において、１，２は対向配置
された電磁ホーンである。図示しないマイクロ波
発振器で発生し、導波管を介して導かれたマイク
ロ波は電磁ホーン１から電磁ホーン２へ向けて放
射される。この２つの電磁ホーンの間に試料を入
れた試料管あるいはウエ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
共鳴共鳴により試料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力が変化す
るため、その変化に基づいて試料の電子スピン共
鳴を検出することができる。
１図に示す基本構成を持つ電子スピン共鳴装置が
特願昭57−215075号（特開昭59−105551号）に提
案されている。同図において、１，２は対向配置
された電磁ホーンである。図示しないマイクロ波
発振器で発生し、導波管を介して導かれたマイク
ロ波は電磁ホーン１から電磁ホーン２へ向けて放
射される。この２つの電磁ホーンの間に試料を入
れた試料管あるいはウエ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
共鳴共鳴により試料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力が変化す
るため、その変化に基づいて試料の電子スピン共
鳴を検出することができる。
この装置によれば、２つのホーンの比較的大き
な空間に試料を配置すれば良いため、任意の形状
及び大きさの試料について電子スピン共鳴測定を
行うことができ、例えば半導体ウエハー、アモル
フアスシリコンウエハー、バブルメモリウエハー
など大寸法のウエハーについても破壊することな
く測定を行うことができるという大きな効果が得
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。
な空間に試料を配置すれば良いため、任意の形状
及び大きさの試料について電子スピン共鳴測定を
行うことができ、例えば半導体ウエハー、アモル
フアスシリコンウエハー、バブルメモリウエハー
など大寸法のウエハーについても破壊することな
く測定を行うことができるという大きな効果が得
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によつて受信されるが、
受信器として用いられる検波ダイオードは、高々
10mW程度のマイクロ波電力しか許容できない。
そのため、電磁ホーン１から試料に印加するマイ
クロ波の電力もその許容電力に見合つた低いレベ
ルに設定せざるを得ず、従つて試料に高電力のマ
イクロ波を印加して感度の良い測定を行うことが
困難であつた。
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によつて受信されるが、
受信器として用いられる検波ダイオードは、高々
10mW程度のマイクロ波電力しか許容できない。
そのため、電磁ホーン１から試料に印加するマイ
クロ波の電力もその許容電力に見合つた低いレベ
ルに設定せざるを得ず、従つて試料に高電力のマ
イクロ波を印加して感度の良い測定を行うことが
困難であつた。
本発明は、この点に鑑みてなされたものであ
り、上記提案装置において、送信用及び受信用電
磁ホーンを、夫々の端面の長さ方向が交差するよ
うに配置することにより、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。以下、図面を用いて本発明を詳説する。
り、上記提案装置において、送信用及び受信用電
磁ホーンを、夫々の端面の長さ方向が交差するよ
うに配置することにより、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。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
おいて４は磁石である。該磁石４内には、送信用
電磁ホーン１と受信用電磁ホーン２が対向配置さ
れ、その間に試料３が挿入されている。又、該磁
石４内には、磁場変調用の変調コイル５が設置さ
れ、該コイル５には例えば100KHz程度の周波数
を持つ変調電流が増幅器６を介して発振器７から
供給されている。
おいて４は磁石である。該磁石４内には、送信用
電磁ホーン１と受信用電磁ホーン２が対向配置さ
れ、その間に試料３が挿入されている。又、該磁
石４内には、磁場変調用の変調コイル５が設置さ
れ、該コイル５には例えば100KHz程度の周波数
を持つ変調電流が増幅器６を介して発振器７から
供給されている。
ガン発信器等のマイクロ波発振器８から発生し
たマイクロ波は、アイソレータ９、アツテネータ
１０を介して上記送信用電磁ホーン１へ送られ
る。受信用電磁ホーン２に入射したマイクロ波
は、検波ダイオード１１へ送られて検出される。
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１２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１３により受信系へ送るようにして
いる。１４は位相を調整するための移相器であ
る。ダイオード１１から得られた検出信号は、増
幅器１５を介して復調器（例えば位相敏感検出
器）１６へ送られる。該復調器１６には、前記発
振器７からの変調信号が移相器１７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１８を
介してレコーダ等の記録器１９へ送られ、前記磁
石４を励磁する励磁電源２０による磁場掃引に関
連して記録される。
たマイクロ波は、アイソレータ９、アツテネータ
１０を介して上記送信用電磁ホーン１へ送られ
る。受信用電磁ホーン２に入射したマイクロ波
は、検波ダイオード１１へ送られて検出される。
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１２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１３により受信系へ送るようにして
いる。１４は位相を調整するための移相器であ
る。ダイオード１１から得られた検出信号は、増
幅器１５を介して復調器（例えば位相敏感検出
器）１６へ送られる。該復調器１６には、前記発
振器７からの変調信号が移相器１７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１８を
介してレコーダ等の記録器１９へ送られ、前記磁
石４を励磁する励磁電源２０による磁場掃引に関
連して記録される。
上述の如き構成において、送信用電磁ホーン１
の受信用電磁ホーン２が同一の扇形Ｈ面ホーンで
あるとする。このＨ面ホーンでは、接続される方
形導波管のＨ面（磁界に平行な面、換言すれば方
形導波管の幅の広い方の面）が広げられ、Ｅ面
（電界に平行な面、換言すれば方形導波管の幅の
狭い方の面）はそのままである。そして、２つの
ホーンは第３図の斜視図から分るように略直交し
て、換言すれば、夫々のＨ面同士が直交するよう
に（ということはＥ面同士も）、対向配置されて
いる。
の受信用電磁ホーン２が同一の扇形Ｈ面ホーンで
あるとする。このＨ面ホーンでは、接続される方
形導波管のＨ面（磁界に平行な面、換言すれば方
形導波管の幅の広い方の面）が広げられ、Ｅ面
（電界に平行な面、換言すれば方形導波管の幅の
狭い方の面）はそのままである。そして、２つの
ホーンは第３図の斜視図から分るように略直交し
て、換言すれば、夫々のＨ面同士が直交するよう
に（ということはＥ面同士も）、対向配置されて
いる。
方形導波管内を伝送されて来たマイクロ波は、
ホーン１によつて、ほとんど反射波を発生させず
効率良く、鋭い指向性を持つうちわ状のビームと
して試料の存在する自由空間中にホーン２に向け
て放射される。そのうちわの面はＨ面に対し垂直
の方向である。この時、ホーン２がホーン１に対
してＨ面及びＥ面が夫々向き合うように対向配置
されている提案装置（第１図）では、２つのホー
ンの指向性が一致し、ホーン１から放射され試料
部分を通過したマイクロ波ビームが、相反定理に
従いホーン２によつてほとんど反射波を発生せず
効率良く受信されるため、先に述べたような不都
合が生じていた。
ホーン１によつて、ほとんど反射波を発生させず
効率良く、鋭い指向性を持つうちわ状のビームと
して試料の存在する自由空間中にホーン２に向け
て放射される。そのうちわの面はＨ面に対し垂直
の方向である。この時、ホーン２がホーン１に対
してＨ面及びＥ面が夫々向き合うように対向配置
されている提案装置（第１図）では、２つのホー
ンの指向性が一致し、ホーン１から放射され試料
部分を通過したマイクロ波ビームが、相反定理に
従いホーン２によつてほとんど反射波を発生せず
効率良く受信されるため、先に述べたような不都
合が生じていた。
その点、本発明では、受信用のホーン２をホー
ン１に対して略90°回転させて配置しており、ホ
ーン２の指向性がホーン１から放射されたビーム
の方向と一致しないため、試料によつて何の影響
も受けないマイクロ波がホーン２に到着する電子
スピン共鳴が起きていない状態では、そのマイク
ロ波は殆んど受信されない。しかしながら、電源
２０による掃引により、磁場強度が共鳴条件の成
立する値に到達すると、静磁界に垂直な平面内の
マイクロ波照射方向（ｘ）及びそれに垂直方向
（ｙ）にマイクロ波磁場によつて振動磁化Mx，
Myが試料に誘起され、、ホーン１とＨ面同士及
びＥ面同士が交差するように配置されているホー
ン２はこの内のMy成分のマイクロ波電力を受信
することができる。
ン１に対して略90°回転させて配置しており、ホ
ーン２の指向性がホーン１から放射されたビーム
の方向と一致しないため、試料によつて何の影響
も受けないマイクロ波がホーン２に到着する電子
スピン共鳴が起きていない状態では、そのマイク
ロ波は殆んど受信されない。しかしながら、電源
２０による掃引により、磁場強度が共鳴条件の成
立する値に到達すると、静磁界に垂直な平面内の
マイクロ波照射方向（ｘ）及びそれに垂直方向
（ｙ）にマイクロ波磁場によつて振動磁化Mx，
Myが試料に誘起され、、ホーン１とＨ面同士及
びＥ面同士が交差するように配置されているホー
ン２はこの内のMy成分のマイクロ波電力を受信
することができる。
このように、本発明では、提案装置のようにホ
ーン１から放射されたマイクロ波が定常的に全て
受信用ホーンに入射することがないため、ホーン
１か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するようなことはな
く、従つて測定感度を飛躍的に高めることが可能
である。
ーン１から放射されたマイクロ波が定常的に全て
受信用ホーンに入射することがないため、ホーン
１か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するようなことはな
く、従つて測定感度を飛躍的に高めることが可能
である。
尚、上述した実施例では扇形Ｈ面電磁ホーンを
送受信ホーンとして用いたが、扇形Ｅ面に電磁ホ
ーンを送受信ホーンとして用いても良く、更に
は、Ｈ面及びＥ面を広げた角錐形電磁ホーンを用
いても良いことは言うまでもない。
送受信ホーンとして用いたが、扇形Ｅ面に電磁ホ
ーンを送受信ホーンとして用いても良く、更に
は、Ｈ面及びＥ面を広げた角錐形電磁ホーンを用
いても良いことは言うまでもない。
又、送受信ホーンは必ずしも直交させる必要は
なく、交差角度は適宜設定すれば良い。
なく、交差角度は適宜設定すれば良い。
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図は第
２図における送受信ホーンの配置を説明するため
の斜視図である。 １：送信用電磁ホーン、２：受信用電磁ホー
ン、３：試料、４：磁石、８：マイクロ波発振
器、１１：検波ダイオード。
は本発明の一実施例の構成を示す図、第３図は第
２図における送受信ホーンの配置を説明するため
の斜視図である。 １：送信用電磁ホーン、２：受信用電磁ホー
ン、３：試料、４：磁石、８：マイクロ波発振
器、１１：検波ダイオード。
Claims (1)
- １ 試料に印加するための磁場を発生する手段
と、該試料に印加するマイクロ波を発生する手段
と、該マイクロ波を試料に向けて放射する送信用
扇形又は角錐形電磁ホーンと、試料を挟んで該送
信用電磁ホーン対向配置される受信用扇形又は角
錐形電磁ホーンとを備え、前記送信用及び受信用
電磁ホーンは、夫々のＨ面同士及びＥ面同士が交
差するように対向配置されることを特徴とする電
子スピン共鳴装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191780A JPS6082981A (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 |
|---|---|---|---|
| JP58191780A JPS6082981A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6082981A JPS6082981A (ja) | 1985-05-11 |
| JPH0378944B2 true JPH0378944B2 (ja) | 1991-12-17 |
Family
ID=16280409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58191780A Granted JPS6082981A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6082981A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5665914B2 (ja) * | 2013-05-13 | 2015-02-04 | 株式会社東芝 | 磁気共鳴測定装置 |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP58191780A patent/JPS6082981A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6082981A (ja) | 1985-05-11 |
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