JPH04161844A - 蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 結晶材料の組成元素分析のための蛍光Ｘ線分析装置に関
し。

ラウェ回折による妨害を回避することにより、複雑な結
晶構造をもつヘテロエピタキシャル薄膜結晶の組成元素
の分析を高精度にできる蛍光Ｘ線分析装置を提供するこ
とを目的とし。

試料を保持するための試料ホルダーと、該試料の被測定
面に照射する励起用のＸ線を発生するためのＸ線発生器
と、前記被測定面から発生する蛍光Ｘ線の波長と強度と
を測定するためのＸ線波長分析器とを備えた蛍光Ｘ線分
析装置において、前記試料ホルダーは、前記試料を回転
させる手段と、該試料を前記被測定面が該回転の回転軸
と斜交した状態に保持する手段とを有することを特徴と
するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、結晶材料の組成元素分析のための蛍光Ｘ線分
析装置に関する。

近年のエピタキシャル結晶成長技術の進歩は目覚ましく
、結晶技術の多彩な分野への応用が拡がリ、その結果、
極めて多種多様な、また複雑な結晶構造を持つ材料が使
われるようになった。中でも、格子定数、結晶構造の異
なる薄膜結晶を積層したヘテロエピタキシャル結晶は応
用上重要であって、これら多層構造の薄膜結晶を分析、
評価する技術が強く要求されている。

このため、多層、且つ複雑な結晶構造を有し、しかも基
板の結晶構造も異なるという結晶学的に複雑な構造をも
つ薄膜結晶について、非破壊で元素分析をすることので
きる蛍光Ｘ線分析法の分析精度を向上することが必要で
ある。

〔従来の技術〕

従来技術を第４図と第５図とを参照して説明する。

第４図は、従来例の構成図であり、蛍光Ｘ線分析装置を
示す。

Ｘ線発生器４から放射された白色Ｘ線８は第一スリット
５でビーム幅を制限され、試料１の被測定面１Ａに照射
される。

試料ｌは、装置の上面に設けられた試料設定面３に水平
に置かれた試料ホルダー１０の内面に、試料ｌの被測定
面１Ａを密着して取りつけられる。

試料１から発生した蛍光Ｘ線９は、試料直下に置かれた
第ニスリット６を通過し、Ｘ線検出器７Ａに達し検出さ
れる。

Ｘ線検出器７Ａは、ＬｉＳｉ結晶を用いた検出器あるい
はガスフロー検出器であって、蛍光Ｘ線９の波長によっ
て大きさの異なる電気的パルスを生ずる。このパルスは
、パルスハイドアナライザ７Ｂで分別され、パルスの大
きさからＸ線の波長が、パルスの数からＸ線の強度が測
定され、波長と強度の関係が蛍光Ｘ線スペクトルとして
表示装置７Ｃに出力される。

蛍光Ｘ線９は、試料ｌ中に含まれる元素に励起用の白色
Ｘ線８が吸収されて発生する、元素固有のスペクトルを
もつＸ線であり、そのスペクトルと強度とを測定するこ
とにより試料中の含有元素を同定し、定量することがで
きる。

しかし、白色Ｘ線を結晶材料に照射すると、蛍光Ｘ線の
他に、結晶構造に起因する多数のラウェ回折を発生する
。このラウェ回折は蛍光Ｘ線のスペクトル図形に重畳し
て観察されるために、蛍光Ｘ線スペクトルの解析を著し
く困難なものとし、場合によっては定量分析を不能とす
ることもある。

第５図は従来装置による測定例であって、蛍光Ｘ線スペ
クトルを示している。

図中Ｘで示されているピークはラウェ回折によるもので
ある。

試料の組成元素であるＣａ、Ｂｉ、Ｓｒのピークの近く
にラウェ回折のピークが重畳して出現し、解析を困難な
ものとしている。

かかるラウェ回折は結晶構造が複雑になるほど多数出現
することから、結晶成長技術が向上し、複雑な結晶が扱
われるにつれ益々分析の支障となってきている。

従来はラウェ回折の悪影響を避けるために、試料を粉末
として非晶質のホルダーに付着する方法、特殊な方位の
基板に成長する方法等が用いられていたが、いずれも非
破壊で且つ現実に使用される結晶方位の基板上に成長し
た薄膜結晶を評価するという要請をみたすことはできな
かった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように従来の蛍光Ｘ線分析装置によっては、複雑
な結晶構造をもつエピタキシャル薄膜の組成元素分析は
、ラウェ回折が妨害となるために正確な測定が困難であ
った。

本発明は、ラウェ回折による妨害を回避することにより
、複雑な結晶構造をもつヘテロエピタキシャル薄膜結晶
の組成元素の分析を高精度にすることができる蛍光Ｘ線
分析装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の第一実施例の断面図であり、試料ホ
ルダーとＸ線の経路を示している。

なお、第１図においては、第４図中に図示されているＸ
線波長分析器７を構成するパルスハイドアナライザ７Ｂ
及び表示装置７Ｃの図示を省略している。

上記目的を達成するために、第１図を参照して、本発明
の蛍光Ｘ線分析装置は、試料ｌを保持するための試料ホ
ルダー２と、該試料ｌの被測定面１Ａに照射する励起用
のＸ線８を発生するためのＸ線発生器４と、前記被測定
面１Ａから発生する蛍光Ｘ線９の波長と強度とを測定す
るためのＸ線波長分析器７とを備えた蛍光Ｘ線分析装置
において、前記試料ホルダー２は、前記試料ｌを回転さ
せる手段と、骸試料ｌを前記被測定面１Ａが該回転の回
転軸２Ｅと斜交した状態に保持する手段とを有すること
を特徴としている。

〔作　用〕

本発明では、第１図を参照して説明すると、試料１を試
料ホルダー２に乗せて回転することができる。

このとき、ラウェ回折の回折方向及び回折強度は試料ｌ
たる結晶の回転と共に変化するのに対して、蛍光Ｘ線９
の放射分布は変化しない。

このため、蛍光Ｘ線９のパターンはそのままで、ラウェ
回折線がＸ線検出器７Ａに入射しない配置を選ぶことが
できる。

本発明はかかる原理に基づいている。

すなわち、試料ｌを回転して、妨害となるラウェ回折の
強度が最小となる回転角を見出し、その角度に試料１を
設定したまま通常の蛍光Ｘ線分析を行うようにしたもの
である。

従って、蛍光Ｘ線９のスペクトル図形に重畳するラウェ
回折のピークを最小とすることができるから、精度の高
い元素分析が可能となる。

しかし、回転軸２Ｅが対称性の高い結晶軸に一致する場
合は、その晶帯上に存在するラウェ回折点の密度が高い
ために、試料回転によっては妨害となるラウェ回折を回
避することは難しい。

一般に基板結晶方位は対称性の高い結晶軸であることが
多（、かかる場合は頻繁に起こり得る。

特に結晶構造が複雑なもの程、回折点の密度は太き（、
そのため回避は困難となる。

また格子歪みに起因する線条の回折が、対称性の高い晶
帯に沿って生じることもある。

かかる場合に、基板結晶の方位の如き対称性の高い結晶
軸を回転軸としていてはこの線条の回折を避けることが
できない。

上述の不都合を避けるために、本発明では、試料表面１
Ａを回転軸２Ｅと斜交させ、基板の結晶方位と異なる結
晶軸を回転軸２Ｅとして採ることができるように構成し
ている。

この構成では、回折点の密度が低く、かつ上記線状の回
折が生じない低指数の結晶軸を回転軸２Ｅとすることが
できるから、上述の不都合を避は得るのである。

従って、本発明の構成では、ラウェ回折の妨害を避けて
蛍光Ｘ線の測定が可能となるから、精度の良い元素分析
をすることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

なお、全図面を通して、同一符号を付したものは、同一
機能をもつ対象を示す。

第１図は本発明の第一実施例の断面図であり、試料ホル
ダーの構造及びＸ線発生器、Ｘ線検出器との位置関係を
示している。

試料ホルダー２を構成する円環状の回転台２Ａは、装置
上面に設けられた試料設定面３上に、試料設定面３と平
行にスラスト軸受２Ｂを介して設けられる。

試料載置具２Ｃは、回転台２Ａの内筒に緩挿された円筒
の上部に設けた鍔により回転台２Ａ上に置かれ、回転台
２Ａとともに回転する。試料載置具２Ｃの底面は回転軸
２Ｅと斜交しており、中央に被測定面１Ａを露出するた
めの円形の穴が設けられている。

試料ｌは、試料載置具２Ｃの内底面に被測定面１Ａを密
着して接着剤、コンパウンド、バネ又はネジ等により固
定される。

従って、試料表面垂直軸１Ｂと試料ホルダー２の回転軸
２Ｅとは試料載置具２Ｃの底面が回転軸２Ｅと斜交して
いる分だけ傾いており、試料表面垂直軸ＩＢが回転軸２
Ｅと一致することはない。

Ｘ線発生器４は例えばＷをターゲットとする封入管を使
用できる。

Ｘ線発生器４で発生した白色Ｘ線８は、第一スリット５
によりビーム径が制限され、試料１の被測定面１Ａに照
射し、試料を組成する元素の蛍光Ｘ線９を発生する。

Ｘ線検出器７Ａは、ガスフロー検出器又はＬｉＳｉ結晶
を用いた検出器である。

パルスハイドアナライザ７Ｂは、略１００チヤネルを有
し、出力はレコーダ及びブラウン管からなる表示装置７
Ｃに表示される。

本実施例の蛍光Ｘ線分析装置の使用方法を、以下に例を
用いて説明する。

ここで試料は、厚さ１１００ｎのＢ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−０系酸化物超伝導材料の薄膜結晶を直径５０ｍｍ、
厚さ３００μｍの（１００）ＭｇＯ基板上にエピタキシ
ャル成長したものである。

なお、本例では、試料載置具２Ｃの底面の角度は回転軸
から５度傾けている。

先ず第一の使用例では、パルスハイドアナライザ７Ｂの
各チャネルの出力をリアルタイムに表示装置７Ｃに表示
したまま、試料ホルダー２を回転する。

ラウェ回折は、回転とともにＸ線のエネルギー及び強度
が変化する。

一方、蛍光Ｘ線９は、回転によってＸ線のエネルギーは
変わらず、また強度変化も緩やかである。

従って、表示されるエネルギーと強度のパターンの変化
からラウェ回折と蛍光Ｘ線とを容易に見分けることがで
きる。

そこで、ラウェ回折が最も弱くなる角度に試料ホルダー
２を固定した後、通常の蛍光Ｘ線分析と同様にして分析
を行う。

なお、ラウェ回折が残っていても、分析に支障のないエ
ネルギーである限り必ずしも消去する必要はない。ラウ
ェ回折たることは上述の操作で明確にされており、錯誤
の余地はないからである。

第３図は本実施例による測定例であり、蛍光Ｘ線のスペ
クトルを示している。

第３図から、ラウェ回折による妨害は著しく減少してい
ることは明らかであり、これにより精度の高い同定、定
量が可能となる。

次に第二の使用例は、特定された１又は２以上の測定す
べき元素の蛍光Ｘ線のエネルギーについてのみ強度を測
定するものである。

従って、パルスハイドアナライザ〆７Ｂのチャネルは測
定する元素の数で足りるから、装置を簡便にすることが
できる。

本例では、試料ホルダー２の回転とともに、各チャネル
について、最も強度か弱（なる回転角に試料ホルダー２
を固定し、そのまま通常の蛍光Ｘ線分析を行う。

更に、第三の使用例では、測定すべきエネルギー範囲に
含まれる全Ｘ線強度を測定しつつ、試料ホルダー２を回
転し、全Ｘ線強度が最小となる回転角に固定し、そのま
ま通常の蛍光Ｘ線分析を行うものである。

この方法はリアルタイムにスペクトルを表示することが
できないＸ線波長分析器７、例えば結晶による分光を利
用したもの、１チヤネルのＸ線波長分析器をもつものに
適用することができる。

従って、この第三の使用例によれば、簡易、経済性に優
れた装置を提供することができる。

第２図は、第二実施例の斜視図であり、試料載置具を示
している。

本発明の第二の実施例は、第一の実施例において、試料
載置具２Ｃを簡便な形状としたものである。

即ち、本実施例の試料載置具２Ｃは、第二図を参照して
、中央に被測定面１Ａを露出するための穴を設けた円板
に、高さの異なる１対の足を設けたものである。

この試料載置具２Ｄは、回転台２Ａ上に置かれ、その後
は第一の実施例と同様に使用される。

また、この試料載置具２Ｄを、試料設定面３と平行な底
面をもつ第一実施例に示された試料載置具２Ｃの底面に
置くことで、試料設定面３と被測定面１Ａの位置を一致
させることができる。

本実施例は回転台２Ａを有しない場合に、手動により試
料載置具２Ｄを回転するのに便利である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、ラウェ回折による
妨害を回避することができるから、複雑な結晶構造をも
つ薄膜結晶について、組成元素の分析を高精度になし得
る蛍光Ｘ線分析装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一実施例の断面図、 第２図は第二実施例の斜視図、 第３図は第一実施例による測定例、 第４図は従来例の構成図、 第５図は従来例による測定例 である。 図において。 ｌは試料、 １Ａは被測定面、 １Ｂは試料表面垂直軸、 ２は試料ホルダー、 ２Ａは回転台、 ２Ｂはスラスト軸受、 ２Ｃは試料載置具、 ２Ｄは試料載置具、 ２Ｅは回転軸、 ３は試料設定面、 ４はＸ線発生器、 ５は第一スリット、 ６は第ニスリット、 ７はＸ線波長分析器、 ７ＡはＸ線検出器、 ７Ｂはパルスハイドアナライザ、 ７Ｃは表示装置、 ８は白色Ｘ線、 ９は蛍光Ｘ線、 １０は試料ホルダー である。 スを六Ｊ’Ｐ’ｒホルり２ 第−実施例の１面図 自ち　　１　　図 第二実施例の斜戻５図 第　　２　　図 第−突ｔｉ＠例によるシリ１１定例 第　５　図 従来１？ＩＩの溝へ図 ′￥＋４図 従采夕１１によ５」１１定例

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料（１）を保持するための試料ホルダー（２）と、該
   試料（１）の被測定面（１Ａ）に照射する励起用のＸ線
   （８）を発生するためのＸ線発生器（４）と、前記被測
   定面（１Ａ）から発生する蛍光Ｘ線（９）の波長と強度
   とを測定するためのＸ線波長分析器（７）とを備えた蛍
   光Ｘ線分析装置において、前記試料ホルダー（２）は、 前記試料（１）を回転させる手段と、 該試料（１）を前記被測定面（１Ａ）が該回転の回転軸
   （２Ｅ）と斜交した状態に保持する手段とを有すること
   を特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。