JPH0622915Y2 - Surface analyzer - Google Patents

Surface analyzer

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JPH0622915Y2
JPH0622915Y2 JP15475887U JP15475887U JPH0622915Y2 JP H0622915 Y2 JPH0622915 Y2 JP H0622915Y2 JP 15475887 U JP15475887 U JP 15475887U JP 15475887 U JP15475887 U JP 15475887U JP H0622915 Y2 JPH0622915 Y2 JP H0622915Y2
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Japan
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lens
scattered
vacuum
proton
sample
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正彦 青木
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 (ア)技術分野 この考案は、ビーム輸送効率の高い装置を小型化する事
のできる表面解析装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Technical Field The present invention relates to a surface analysis device capable of downsizing a device having high beam transportation efficiency.

表面解析装置は、超高真空中に於て、加速された陽子ビ
ームを試料に当て、散乱された陽子のエネルギースペク
トラムを求め、これから試料表面の原子数分布を求める
装置である。
The surface analysis device is a device for applying an accelerated proton beam to a sample in an ultra-high vacuum to obtain an energy spectrum of scattered protons, and then obtaining an atomic number distribution on the sample surface.

超高真空にするのは、陽子が気体分子によつて散乱され
る確率を実質的に0にするためである。気体分子と衝突
しない理想的な場合、陽子は、試料の原子によつて散乱
されるだけである。散乱によるエネルギー損失は、角度
と、原子の質量数Γによる。大きい質量数の原子によつ
て散乱されるほど、エネルギー損失が小さい。
The ultrahigh vacuum is used so that the probability that protons are scattered by gas molecules is substantially zero. In the ideal case of not colliding with gas molecules, the protons are only scattered by the atoms of the sample. The energy loss due to scattering depends on the angle and the atomic mass number Γ. The more scattered by a high mass atom, the smaller the energy loss.

散乱角が大きい程、エネルギー損失が大きい。The larger the scattering angle, the larger the energy loss.

ある一定の散乱角の散乱陽子だけを観測すると、エネル
ギー損失によつて、散乱相手の原子の種類が分る。エネ
ルギー損失スペクトルを得る事により、相手の原子の試
料表面での存在量が分る。
If only the scattered protons with a certain scattering angle are observed, the kind of atom of the scattering partner can be known due to the energy loss. By obtaining the energy loss spectrum, the abundance of the counterpart atom on the sample surface can be known.

(イ)PELSの原理 このような測定方法は、陽子のエネルギー損失のスペク
トル分析により、試料表面状態を調べるので、Proton E
nergy Loss Spectroscopy(PELS)と言う。
(B) The principle of PELS This measurement method uses the Proton E method because the surface condition of the sample is examined by spectral analysis of the energy loss of protons.
It is called energy loss spectroscopy (PELS).

初速がU、質量がmの陽子の運動エネルギーE0は、非相
対論的に、 E0=1/2mU2 (1) と書くことができる。これは、多くの場合、約100keV程
度である。
The kinetic energy E 0 of a proton with an initial velocity of U and a mass of m can be non-relativistically written as E 0 = 1 / 2mU 2 (1). This is often on the order of about 100 keV.

最初静止していた質量Mの原子に、この陽子が衝突した
とする。散乱角をΘとする。散乱後の陽子のエネルギー
E1は、 E1=KE0 (2) Γ=M/m (4) となる。Γは原子質量を陽子質量で割つた値であるか
ら、ほぼ質量数に等しい。そこで、単に、これを質量数
と呼ぶ。
Suppose this proton collides with an atom of mass M that was initially stationary. Let Θ be the scattering angle. Proton energy after scattering
E 1 is E 1 = KE 0 (2) Γ = M / m (4) Since Γ is the atomic mass divided by the proton mass, it is almost equal to the mass number. Therefore, this is simply called the mass number.

(3)から、散乱角Θが大きいほど、損失ΔEが大きいと
いう事が分る。損失ΔEは、 ΔE=E0−E1 (5) =(1−K)E0 (6) である。
From (3), it can be seen that the larger the scattering angle Θ, the larger the loss ΔE. The loss ΔE is ΔE = E 0 −E 1 (5) = (1−K) E 0 (6).

PELSが開発された当初は、最もイールドの大きい小散乱
角(Θ0)領域が用いられたが、近ごろは、ΔEが大
きい大散乱角(Θ=180゜)が用いられる。Θ=180゜とす
ると、往復の経路が同一になるので、陽子を加速する加
速管と減速する減速管とをまとめて、ひとつにすること
ができる。
When PELS was first developed, the small scattering angle (Θ0) region with the highest yield was used, but recently, the large scattering angle (Θ = 180 °) with the large ΔE is used. When Θ = 180 °, the reciprocating paths are the same, so the accelerating tube for accelerating protons and the decelerating tube for decelerating can be integrated into one.

Θ=180゜のとき、散乱によるエネルギー損失が最も大き
い。減衰定数Kは となる。
When Θ = 180 °, the energy loss due to scattering is the largest. The damping constant K is Becomes

ΔEを知る事によりΓが分る。Γは質量数であるので、
陽子の散乱の原因となつた原子を同定する事ができる。
ΔEを変数として、散乱陽子の損失エネルギースペクト
ラムY(ΔE)を求めれば、陽子散乱の原因となつた原
子の分布を求める事ができる。
Γ is known by knowing ΔE. Since Γ is a mass number,
The atom that caused the proton scattering can be identified.
If the loss energy spectrum Y (ΔE) of scattered protons is obtained using ΔE as a variable, the distribution of atoms that cause proton scattering can be obtained.

(ウ)従来技術 第6図によつて、従来の表面解析装置を説明する。(C) Conventional Technique A conventional surface analysis device will be described with reference to FIG.

イオン源1で陽子イオンが作られる。引出し電圧をVex
とし、電荷をqとする。運動エネルギーはqVexである。
陽子イオンは高真空中を走行する。
Proton ions are produced by the ion source 1. Extraction voltage is Vex
And the charge is q. Kinetic energy is qVex.
Proton ions travel in a high vacuum.

マグネツト2によつて、曲げられる。これは質量分析作
用がある。
It can be bent by the magnet 2. This has a mass spectrometric effect.

さらに、陽子は、加減速管3を通り、ここで加速され
る。加速された後、オリフイス4を通り、Qレンズ1
5、オリフイス16を経て超高真空チヤンバ7の中の試
料10に衝突する。
Further, the protons pass through the acceleration / deceleration tube 3 and are accelerated there. After being accelerated, pass through Orihuis 4 and Q lens 1
5, and collides with the sample 10 in the ultra-high vacuum chamber 7 via the orifice 16.

衝突後、陽子は多様な方向に散乱される。After the collision, the protons are scattered in various directions.

このうちΘ=180゜の方向に散乱された陽子がアクセプタ
ンススリツト8を反対に通る。そしてQレンズ15で絞
られる。オリフイス4を逆に通る。加減速管3で減速さ
れる。
Of these, the protons scattered in the direction of Θ = 180 ° pass through the acceptance slit 8 in the opposite direction. Then, it is stopped down by the Q lens 15. Pass Orihuisu 4 in reverse. It is decelerated by the acceleration / deceleration pipe 3.

さらに、マグネツト2へ入り、ここで半円弧の軌道を描
く。半円弧軌道の直径をLとすると、 となる。ただし、Bはマグネツト2の磁束密度、Eaは陽
子の運動エネルギーである。減速後の陽子エネルギーEa
は、散乱エネルギーロスΔEだけ相互に異なる。このた
め、ΔEの異なる陽子について、Lが異なる。
Furthermore, it enters the magnet 2 and draws a semi-circular orbit here. Let L be the diameter of the semi-circular orbit, Becomes Where B is the magnetic flux density of the magnet 2 and Ea is the kinetic energy of the proton. Proton energy Ea after deceleration
Differ from each other by the scattering energy loss ΔE. Therefore, L is different for protons having different ΔE.

半円弧軌道を描いた陽子は位置検出器9に入射する。位
置検出器は一次元に多数のマイクロチヤンネルが並んで
おり、どのチヤンネルも増幅機能を持つ。マイクロチヤ
ンネルの位置が前記のLに対応するから、どのマイクロ
チヤンネルに入射するかという事は、エネルギーEaによ
つて決まる。
Protons that draw a semi-circular orbit enter the position detector 9. The position detector has a large number of microchannels arranged in one dimension, and each channel has an amplification function. Since the position of the microchannel corresponds to the above L, which microchannel is incident is determined by the energy Ea.

マイクロチヤンネルごとに入射陽子数を計数してゆけ
ば、エネルギーEaについてのスペクトルY(Ea)を得る。
By counting the number of incident protons for each microchannel, the spectrum Y (Ea) for the energy Ea is obtained.

(エ)考案が解決すべき問題点 陽子が通過してゆく空間は、全て高真空状態に保たれな
ければならない。
(D) Problems to be solved by the device The space through which protons pass must be kept in a high vacuum state.

しかし、各空間で要求される真空度が異なる。そこで、
いくつかの独立の真空排気装置がそれぞれの空間に設け
られる。真空度の差を維持するために、各空間の間には
オリフイス、スリツトが設けられる。
However, the degree of vacuum required in each space is different. Therefore,
Several independent vacuum pumps are provided in each space. In order to maintain the difference in vacuum degree, an orifice or slit is provided between the spaces.

オリフイス、スリツトは板に穴を穿つたものである。穴
径が問題である。真空度の差を維持するためには、穴は
小さくなければならない。
The orifice and slit are holes made in a plate. The hole diameter is a problem. The holes must be small to maintain the vacuum differential.

しかし、穴が小さくなると、散乱された陽子が、穴を通
りにくくなるので、輸送効率が低下する。位置検出器に
入る陽子数が減少する。
However, when the hole becomes smaller, the scattered protons are less likely to pass through the hole, which reduces the transport efficiency. The number of protons entering the position detector is reduced.

こうなると、測定時間が長くかかるし、S/N比が低下す
る。
If this happens, the measurement time will be long and the S / N ratio will decrease.

こういうわけで、スリツトの穴径の設定は、かなり難し
い問題である。
For this reason, setting the slit hole diameter is a fairly difficult problem.

真空度の差を維持でき、しかも陽子が通りやすいように
穴径が広い方が良い。このため、板に単に穴を穿つたも
のの他に、円筒を穴に続けて設けた仕切板を使うことも
ある。前者を、スリツトといい、後者をオリフイスとい
う。
It is better that the hole diameter is wider so that the difference in vacuum degree can be maintained and that protons can easily pass through. For this reason, in addition to a plate in which a hole is simply formed, a partition plate in which a cylinder is provided following the hole may be used. The former is called slit and the latter is called Orihuis.

オリフイスの直径を小さくし、長さを長くするほど、コ
ンダクタンスが小さくなるので、両側の空間の圧力差を
保つことができる。しかし、陽子ビームを通すため、直
径をあまり小さくする事ができない。
As the diameter of the orifice is reduced and the length thereof is increased, the conductance is reduced, so that the pressure difference between the spaces on both sides can be maintained. However, since the proton beam is passed, the diameter cannot be made too small.

そうすると、オリフイスを長くするしか途がない。Then, there is no choice but to lengthen the orientation.

第6図に於て、Qレンズ15と超高真空チヤンバ7の間
のオリフイス16は、このようなわけで、かなり長いも
のである。
In FIG. 6, the orifice 16 between the Q lens 15 and the ultrahigh vacuum chamber 7 is, as described above, considerably long.

超高真空チヤンバは、10-11〜10-10Torrの超高真空でな
ければならない。しかし、Qレンズ15の部分は、これ
より1桁真空度が低くてもよい。
The ultra-high vacuum chamber should have an ultra-high vacuum of 10 -11 to 10 -10 Torr. However, the Q lens 15 may have a vacuum degree lower by one digit than that.

Qレンズ15は、散乱された陽子ビームを収束されるた
めのものである。
The Q lens 15 is for focusing the scattered proton beam.

従来例に於て、Qレンズ15とオリフイス16とが直列
に設けられているため、この部分が長くなりすぎる、と
いう欠点があつた。
In the conventional example, since the Q lens 15 and the orifice 16 are provided in series, there is a drawback that this portion becomes too long.

第7図にこの部分のみを拡大して示す。FIG. 7 shows only this portion on an enlarged scale.

試料10の直前にアクセプタンススリツト8がある。こ
れはΘ≠180゜の陽子ビームをカツトするためのスリツト
である。
Immediately before the sample 10 is the acceptance slit 8. This is a slit for cutting a proton beam with Θ ≠ 180 °.

Θ=180゜のもののみを通すためにある。180゜といつて
も、当然に幅がある。Θ=180゜±εのものがアクセプタ
ンススリツト8を通る。幅εは、スリツト8の穴径によ
つて決まる。
It is for passing only Θ = 180 °. There is always a width of 180 °. Those with Θ = 180 ° ± ε pass through the acceptance slit 8. The width ε is determined by the hole diameter of the slit 8.

アクセプタンススリツト8を通過した散乱陽子ビームは
拡がつてゆく。発散ビームの直径Wは、走行距離に比例
して増加する。
The scattered proton beam that has passed through the acceptance slit 8 expands. The diameter W of the diverging beam increases in proportion to the distance traveled.

第6図、第7図に示すように、Qレンズ15とアクセプ
タンススリツト8の距離Sが長いので、発散ビーム直径
Wが大きくなつている。
As shown in FIGS. 6 and 7, since the distance S between the Q lens 15 and the acceptance slit 8 is long, the divergent beam diameter W is large.

発散しきつたビームを収束させるのであるからQレンズ
15の内径を大きくしなければならない。するとQレン
ズ15を囲むチヤンバも大きくなつてしまう。
Since the diverging beam is converged, the inner diameter of the Q lens 15 must be increased. Then, the chamber surrounding the Q lens 15 also becomes large.

距離Sが長くなるのは、オリフイス16が介在するから
である。オリフイス16は超高真空チヤンバ7の超高真
空を保つために十分な長さがなければならない。
The distance S is increased because the orifice 16 is interposed. The orifice 16 must be long enough to maintain the ultra high vacuum of the ultra high vacuum chamber 7.

このため、距離Sが長く、ビームが発散してしまう。Therefore, the distance S is long and the beam diverges.

第7図では、Qレンズ15と加減速管3の間の空間をス
リツト14で仕切つている。
In FIG. 7, the space between the Q lens 15 and the acceleration / deceleration tube 3 is partitioned by the slit 14.

Qレンズ15と加減速管3のある空間で真空度が異なる
からスリツト14で仕切らなければならない。
Since the degree of vacuum is different in the space in which the Q lens 15 and the acceleration / deceleration tube 3 are located, it must be partitioned by the slit 14.

真空度の差を維持するために、スリツト14の空径dを
小さくすると、散乱ビームが穴を通らず、板面に当た
る。これは陽子ビームの損失である。信号ビームが減
る。S/N比が下るので望ましくない。ビーム輸送効率が
低いのである。
When the air diameter d of the slit 14 is reduced in order to maintain the difference in vacuum degree, the scattered beam does not pass through the holes and hits the plate surface. This is the loss of the proton beam. The signal beam is reduced. It is not desirable because it reduces the S / N ratio. The beam transportation efficiency is low.

そこで、第8図のように、Qレンズ15と加減速管3の
間の仕切りを、オリフイス4にかえる。オリフイス4は
内径Dを前述のスリツト穴径dより大きくできる。
Therefore, as shown in FIG. 8, the partition between the Q lens 15 and the acceleration / deceleration tube 3 is changed to the orifice 4. The orifice 4 can have an inner diameter D larger than the slit hole diameter d.

内径Dが大きくなるので、陽子ビームが通りやすくな
る。
Since the inner diameter D becomes large, the proton beam can easily pass through.

しかし、反面、オリフイス4とすることによりビームラ
インが長くなりすぎる。このため真空にするべき空間が
増える。これは壁面からのガス放出が増える事になるの
で、真空排気装置の能力を増強しなければならない、と
いう事になる。
On the other hand, however, the beam line becomes too long by using the orifice 4. Therefore, the space to be evacuated increases. This means that the amount of gas released from the wall surface will increase, so the capacity of the vacuum exhaust device must be increased.

(オ)目的 陽子のビームラインが短かく、装置をコンパクトにする
事ができ、しかも、ビーム輸送効率の高い表面解析装置
を提供する事が本考案の目的である。
(E) Purpose It is an object of the present invention to provide a surface analysis device which has a short proton beam line, which makes the device compact and which has high beam transport efficiency.

(カ)構成 オリフイス16は、真空度の差を保つために必要であつ
た。しかし、これがあるため陽子ビームはQレンズ15
に至るまえに拡がつてしまう。
(F) Structure The orifice 16 was necessary to maintain the difference in vacuum degree. However, because of this, the proton beam is Q lens 15
It spreads before reaching.

本考案はこのような欠点を解決するため、Qレンズとオ
リフイスとを合体し、同一の部分に設けることにする。
In the present invention, in order to solve such a drawback, the Q lens and the orifice are integrated and provided in the same portion.

Qレンズが超高真空チヤンバの方へ接近できるので、ビ
ーム拡がりが小さいうちに、これをQレンズで収束させ
ることができる。また、従来Qレンズのために費された
空間を省くことができるので、ビームラインを短かくで
きる。
Since the Q lens can approach the ultra-high vacuum chamber, it can be converged by the Q lens while the beam divergence is small. In addition, since the space conventionally used for the Q lens can be omitted, the beam line can be shortened.

第1図は本考案の表面解析装置の略縦断面図である。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of the surface analysis apparatus of the present invention.

イオン源1、マグネツト2、加減速管3、Qレンズ5、
超高真空チヤンバ7と、いくつかの真空排気装置とより
なつている。
Ion source 1, magnet 2, acceleration / deceleration tube 3, Q lens 5,
It consists of an ultra-high vacuum chamber 7 and several vacuum exhaust devices.

イオン源1では陽子イオンビームを生ずる。水素ボンベ
から送給された水素ガスが、イオン源1で電子と陽子に
電離される。
The ion source 1 produces a proton ion beam. The hydrogen gas sent from the hydrogen cylinder is ionized into electrons and protons by the ion source 1.

このため、イオン源1は真空に引かれており、熱陰極、
グリツド電極、引出し電極などにより、陽子イオンを生
ずる。引出し電圧をVexとすると、運動エネルギーEeは Ee=qVex (9) である。陽子ビームはマグネツト2で軌道を曲げられ
る。この軌道の曲率半径Reは である。スリツト31、32を通過し、さらに直進し
て、加減速管3に入り、ここで加速される。加速電圧を
Vaccとすると、加速後のエネルギーEoは Eo=qVex+qVacc (11) である。加速された陽子は、オリフイス4を経て、オリ
フイス6を通過し、超高真空チヤンバ7へ至る。
Therefore, the ion source 1 is evacuated, and the hot cathode,
Proton ions are generated by the grid electrode, the extraction electrode, and the like. If the extraction voltage is Vex, the kinetic energy Ee is Ee = qVex (9). The orbit of the proton beam is bent by the magnet 2. The radius of curvature Re of this orbit is Is. After passing through the slits 31 and 32, the vehicle further proceeds straight, enters the acceleration / deceleration pipe 3, and is accelerated there. Acceleration voltage
If Vacc, the energy Eo after acceleration is Eo = qVex + qVacc (11). The accelerated protons pass through the orifice 4, the orifice 6, and reach the ultrahigh vacuum chamber 7.

アクセプタンススリツト8を通り、陽子は、試料10に
衝突する。試料10はホルダ11に貼付けられている。
ホルダ11は、マニユピレータ12により、回転昇降自
在に保持されている。
The protons pass through the acceptance slit 8 and collide with the sample 10. The sample 10 is attached to the holder 11.
The holder 11 is held by a manipulator 12 so as to be rotatable and vertically movable.

陽子が通過する全ての空間は高真空に保たれなければな
らない。このため、適数の真空排気装置21〜24が設
けられる。
All spaces through which protons pass must be kept in a high vacuum. Therefore, a suitable number of vacuum exhaust devices 21 to 24 are provided.

陽子が試料10に当たると、試料表面の原子によつて陽
子が散乱される。Θが90゜以下のものは、試料の内部へ
入つてしまう。90゜以上のものは、試料の外部へ弾きと
ばされる。Θが(180−ε)〜180゜のものがアクセプタン
ススリツト8の穴を反対向きに通過する。
When a proton hits the sample 10, the atom is scattered by the atom on the surface of the sample. If Θ is 90 ° or less, it will get inside the sample. If the angle is 90 ° or more, it is repelled to the outside of the sample. Those with Θ of (180-ε) to 180 ° pass through the hole of the acceptance slit 8 in the opposite direction.

原子との衝突によるエネルギー損失をΔEとすると、散
乱後の陽子エネルギーE1は E1=E0−ΔE (12) ΔE=(1−K)E0 (13) となる。これが、オリフイス6、Qレンズ5を反対向き
に通過する。
Letting ΔE be the energy loss due to collisions with atoms, the scattered proton energy E 1 is E 1 = E 0 −ΔE (12) ΔE = (1−K) E 0 (13). This passes through the orientation 6 and the Q lens 5 in opposite directions.

Qレンズ5は散乱ビームを絞るためのものである。アク
セプタンススリツト8の近くにあるから、散乱ビームが
あまり拡がつていない。これを絞るのであるから容易で
ある。Qレンズ内径も小さくて済む。
The Q lens 5 is for narrowing the scattered beam. Since it is near the acceptance slit 8, the scattered beam does not spread very much. This is easy because it is narrowed down. The Q lens inner diameter is also small.

オリフイス6は、超高真空チヤンバ7と、次段の排気室
19の真空度の差を保つために設けられる。第6図のオ
リフイス16に該当する。
The orifice 6 is provided to maintain the difference in vacuum degree between the ultra-high vacuum chamber 7 and the exhaust chamber 19 in the next stage. It corresponds to the orifice 16 in FIG.

Qレンズ5で絞られた陽子ビームは、加減速管3を反対
向きに通過する。減速電圧は加速電圧Vaccに等しいの
で、減速後の陽子エネルギーEaは Ea=E1−qVacc (14) =qVex−ΔE (15) となる。
The proton beam focused by the Q lens 5 passes through the acceleration / deceleration tube 3 in the opposite direction. Since the deceleration voltage is equal to the accelerating voltage Vacc, the proton energy Ea after deceleration becomes Ea = E 1 -qVacc (14) = qVex-ΔE (15).

スリツト32を通つた後、陽子はマグネツト2の磁場を
受けて、半円軌道を描いて飛行する。これは、位置検出
器9のいずれかのマイクロチヤンネルに入射する。
After passing through the slit 32, the proton receives the magnetic field of the magnet 2 and flies in a semicircular orbit. This is incident on one of the microchannels of the position detector 9.

マグネツトに入つた点Kから、位置検出器の近接端Mま
でのマグネツト辺にそう距離をlとする。
The distance from the point K entering the magnet to the near end M of the position detector is 1 on the magnet side.

陽子の位置検出器への入射点をNとする。位置検出器の
長手方向にそう、端点Mからの距離をxとする。
Let N be the incident point of the proton on the position detector. Let x be the distance from the end point M, as in the longitudinal direction of the position detector.

どのマイクロチヤンネルに入つたかという事、つまり、
入射点Nのx座標がわかるようになつている。
Which microchannel you entered, that is,
The x-coordinate of the incident point N can be known.

L=l+x (16) であつて、Lは既に述べたように である。(16)、(17)から、エネルギーEaとxの関係を求
める事ができる。
L = l + x (16), where L is as described above Is. From (16) and (17), the relation between energy Ea and x can be obtained.

各チヤンネルに入る陽子数を計数し、xの関数として、
イールドY(x)を得ることができる。これは、(16)、(17)
の関係から、Eaに関するイールドY(Ea)とすることがで
きる。
Counting the number of protons entering each channel, as a function of x,
The yield Y (x) can be obtained. This is (16), (17)
Therefore, the yield Y (Ea) for Ea can be obtained.

あるいは(15)を使つて、エネルギー損失ΔEを横軸にと
つたエネルギー損失スペクトルY(ΔE)を求める事が
できる。
Alternatively, by using (15), the energy loss spectrum Y (ΔE) with the energy loss ΔE on the horizontal axis can be obtained.

散乱陽子の運動エネルギースペクトルY(Ea)を求める部
分をアナライザーという。
The part for obtaining the kinetic energy spectrum Y (Ea) of scattered protons is called an analyzer.

これは、図示したような磁界型のものの他に、電界型の
ものがある。
There are electric field type as well as magnetic field type as shown in the figure.

これは、平行な2枚の電極板の間に電圧を加えておき、
一方の電極板の底面に位置検出器を長手方向に設け、同
じ電極板の位置検出器と遠れた一点に穴を穿つたもので
ある。
This is because a voltage is applied between two parallel electrode plates,
A position detector is provided on the bottom surface of one of the electrode plates in the longitudinal direction, and a hole is made at a point distant from the position detector of the same electrode plate.

この穴から、散乱陽子ビームを斜めに入射させる。する
と、電界の作用で陽子は電極間で放物線を描く。
The scattered proton beam is obliquely incident through this hole. Then, due to the action of the electric field, the proton draws a parabola between the electrodes.

放物線を描いた時の飛程を位置検出器によつて検出す
る。飛程は、陽子運動エネルギーに比例する。したがつ
て、運動エネルギースペクトルY(Ea)が得られる。
The range when a parabola is drawn is detected by a position detector. Range is proportional to proton kinetic energy. Therefore, the kinetic energy spectrum Y (Ea) is obtained.

この他に、磁界、電界を併用したアナライザーもあり、
本考案は、どのようなアナライザーを持つものに対して
も適用することができる。
In addition to this, there are analyzers that use both magnetic and electric fields,
The present invention can be applied to any analyzer.

本考案の特徴は、オリフイス6とQレンズ5を同一の場
所に設けたところにある。
A feature of the present invention is that the orifice 6 and the Q lens 5 are provided at the same place.

Qレンズは、ビームを電界又は磁界の作用で収束させる
ものである。
The Q lens focuses the beam by the action of an electric field or a magnetic field.

第6図の場合、Qレンズのある場所で真空排気を行なう
ようになつていたから、磁界型のQレンズは採用できな
かつた。
In the case of FIG. 6, vacuum evacuation was performed at a place where the Q lens was provided, so that the magnetic field type Q lens could not be adopted.

しかし、本考案の場合、Qレンズと、真空排気装置23
のつながれた排気室19とは別であるので、磁界型Qレ
ンズも使用可能である。
However, in the case of the present invention, the Q lens and the vacuum exhaust device 23
A magnetic field type Q lens can also be used since it is separate from the exhaust chamber 19 connected to the same.

磁界型Qレンズを用いた場合の例を、第2図、第3図に
よつて説明する。
An example of using the magnetic field type Q lens will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

円形の鉄芯34の内部に、内方を向いた4つの磁極35
が形成されている。磁極35にはコイル36が巻回して
ある。コイル36に直流電流を流して、これら4つの磁
極35を磁化する。4つのうち、対向する磁極は同極と
し、隣接する磁極は異極とする。
Inside the circular iron core 34, there are four magnetic poles 35 facing inward.
Are formed. A coil 36 is wound around the magnetic pole 35. A direct current is passed through the coil 36 to magnetize the four magnetic poles 35. Among the four, the opposing magnetic poles have the same polarity, and the adjacent magnetic poles have different polarities.

すると磁力線は、4極を頂点とする正方形にそうように
生ずる。
Then, the magnetic field lines are generated like that in a square having four poles as vertices.

陽子が4つの磁極の間を通ると、ある方向には収束する
方向の力を受け、これと直角な方向には発散する力を受
ける。
When the proton passes between the four magnetic poles, it receives a force in a certain direction to converge and a force to diverge in a direction perpendicular thereto.

このような4重極を、陽子のビーム方向に3段並べてい
る。1段目と3段目の磁極の方向は同じである。しか
し、2段目の極配置はこれらと反対になるようにしてあ
る。
Such quadrupoles are arranged in three stages in the proton beam direction. The directions of the magnetic poles of the first step and the third step are the same. However, the pole arrangement of the second stage is set to be the opposite.

こうして、いずれの方向にもビームを収束させる事がで
きるようにしている。
In this way, the beam can be focused in either direction.

第2図に示すように、磁界型のQレンズは、真空室の外
部に設けられる。磁界の作用は、真空室の壁面によつて
妨げられないからである。
As shown in FIG. 2, the magnetic field type Q lens is provided outside the vacuum chamber. This is because the action of the magnetic field is not obstructed by the wall surface of the vacuum chamber.

Qレンズの内径は、たとえば20mm程度とすることができ
る。オリフイス4の内径は、たとえば30mm程度である。
The inner diameter of the Q lens can be, for example, about 20 mm. The inner diameter of the orifice 4 is, for example, about 30 mm.

真空室の壁面は、非磁性体の金属で作らなければならな
い。これは非磁性のステンレスで作ることができる。
The walls of the vacuum chamber must be made of non-magnetic metal. It can be made of non-magnetic stainless steel.

電界型Qレンズの例を第4図、第5図によつて説明す
る。
An example of the electric field type Q lens will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

絶縁物によつて真空室の壁面を構成する。絶縁壁38
に、4つの電極39を正方形の頂点に対応するように設
ける。
The wall surface of the vacuum chamber is formed by the insulator. Insulation wall 38
Then, four electrodes 39 are provided so as to correspond to the vertices of the square.

電極39は例えばアルミニウムとする。絶縁壁38はた
とえばセラミツクとする。これに穴を穿ち電極39を差
しこみ、コバールガラス、接着剤などで密封する。
The electrode 39 is, for example, aluminum. The insulating wall 38 is, for example, a ceramic. A hole is punched in this, the electrode 39 is inserted, and it is sealed with Kovar glass, an adhesive, or the like.

4つの電極のうち、互に対向するものは同極であるよう
にする。こうすると、陽子は、ある方向に収束力、それ
と直角の方向に発散力をうける。
Of the four electrodes, those facing each other have the same polarity. In this way, the proton receives a converging force in a certain direction and a diverging force in a direction perpendicular to it.

このような電気四重極がビームラインの方向に3段設置
される。1段、3段は同じ電極配置であり、2段はこれ
と反対の電極配置である。
Three such electric quadrupoles are installed in the beam line direction. The first electrode and the third electrode have the same electrode arrangement, and the second electrode has the opposite electrode arrangement.

こうして、陽子ビームはこれらのQレンズによつて絞ら
れるようになる。
Thus, the proton beam will be focused by these Q lenses.

絶縁壁38がオリフイスとなつている。The insulating wall 38 serves as an orifice.

(キ)作用 試料直前のアクセプタンススリツト8は、散乱角Θが18
0−ε≦Θ≦180゜の陽子のみを通す。εをスリツト8の
穴径によつて決定しているのである。
(G) Action The acceptance slit 8 just before the sample has a scattering angle Θ of 18
Pass only protons with 0-ε ≤ Θ ≤ 180 °. ε is determined by the hole diameter of the slit 8.

アクセプタンススリツト8を通つた陽子が、すぐにQレ
ンズ5の間に入る。充分に拡散する前にQレンズに入る
から、まだ細いビームのままである。
The protons that have passed through the acceptance slit 8 immediately enter between the Q lenses 5. It is still a thin beam because it enters the Q lens before it is sufficiently diffused.

内径の小さいQレンズによつて、陽子ビームを細く絞る
事ができる。このため、加減速管の直後にあるオリフイ
ス4の穴を通り易くなる。オリフイス4の板面に当たら
ず穴を通るので、陽子輸送効率が上る。
With the Q lens having a small inner diameter, the proton beam can be narrowed down. For this reason, it becomes easy to pass through the hole of the orifice 4 immediately after the acceleration / deceleration pipe. Since it does not hit the plate surface of the orifice 4 and passes through the hole, the proton transport efficiency is improved.

結局、Qレンズを試料に近づける事ができたという事に
意義がある。Qレンズを近づけたにも拘わらず、オリフ
イス6が存在しうるので、超高真空チヤンバ7の高真空
を保つことができる。
In the end, it is significant that the Q lens could be brought closer to the sample. Even though the Q lens is brought closer, the orifice 6 can be present, so that the high vacuum of the ultra-high vacuum chamber 7 can be maintained.

オリフイス6とQレンズ5を一体化したので、ビームラ
インが短かくなる。ビームラインが短かくなれば、装置
の寸法を、従来よりも短かくする事ができる。それ自体
に意義があるし、また真空排気装置の負担を軽減する事
ができる。
Since the orifice 6 and the Q lens 5 are integrated, the beam line becomes short. If the beamline becomes shorter, the size of the device can be made shorter than before. It is significant in itself, and the load on the vacuum exhaust device can be reduced.

(ク)効果 アクセプタンススリツト8とQレンズ5とを近づける事
ができるので、散乱陽子ビームを絞るのが容易である。
内径の小さいQレンズによつて効率よく絞る事ができ
る。
(H) Effect Since the acceptance slit 8 and the Q lens 5 can be brought close to each other, it is easy to narrow the scattered proton beam.
A Q lens with a small inner diameter can be used for efficient focusing.

細いビームであるから、後段のスリツトやオリフイスを
通過する事ができる。このためビーム輸送効率を上げる
事ができる。
Because it is a thin beam, it can pass through slits and orifices in the subsequent stages. Therefore, the beam transportation efficiency can be improved.

しかも、超高真空チヤンバと排気室の間にはオリフイス
が存在し、両空間の真空度の差を保つことができる。
Moreover, there is an orifice between the ultra-high vacuum chamber and the exhaust chamber, so that the difference in vacuum degree between both spaces can be maintained.

ビーム輸送効率が高まると、より多くの散乱陽子ビーム
を位置検出器に入射させる事ができる。このため、S/N
比が上り、測定に必要な時間を短縮する事ができる。
The higher the beam transport efficiency, the more scattered proton beams can be made incident on the position detector. Therefore, S / N
The ratio increases, and the time required for measurement can be shortened.

また、Qレンズとして磁界型のものを使う事ができる。A magnetic field type Q lens can be used.

ビームラインが短かくなるので、装置をよりコンパクト
にできる。
Since the beam line becomes short, the device can be made more compact.

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

第1図は本考案の表面解析装置の概略全体構成図。 第2図は磁界型Qレンズを使つた場合のQレンズ近傍中
央縦断面図。 第3図は第2図のIII−III断面図。 第4図は電界型Qレンズを使つた場合のQレンズ近傍中
央縦断面図。 第5図は第4図のV−V断面図。 第6図は従来例に係る表面解析装置の概略全体構成図。 第7図は従来例の装置においてQレンズと加減速管をス
リツトによつて仕切つた場合の縦断面図。 第8図は従来例の装置においてQレンズと加減速管をオ
リフイスによつて仕切つた場合の縦断面図。 1……イオン源 2……マグネツト 3……加減速管 4……オリフイス 5……Qレンズ 6……オリフイス 7……超高真空チヤンバ 8……アクセプタンススリツト 9……位置検出器 10……試料 11……ホルダ 12……マニピユレータ 15……Qレンズ 16……オリフイス 21〜24……真空排気装置 31,32……スリツト 34……鉄芯 35……磁極 36……コイル 38……絶縁壁 39……電極
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of the surface analysis apparatus of the present invention. FIG. 2 is a central longitudinal sectional view in the vicinity of the Q lens when a magnetic field type Q lens is used. FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. FIG. 4 is a central longitudinal sectional view in the vicinity of the Q lens when the electric field type Q lens is used. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. FIG. 6 is a schematic overall configuration diagram of a surface analysis apparatus according to a conventional example. FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of the conventional device in which the Q lens and the acceleration / deceleration pipe are separated by a slit. FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of the conventional device in which the Q lens and the acceleration / deceleration tube are partitioned by an orifice. 1 ... Ion source 2 ... Magnet 3 ... Acceleration / deceleration tube 4 ... Orifice 5 ... Q lens 6 ... Orifice 7 ... Ultra high vacuum chamber 8 ... Acceptance slit 9 ... Position detector 10 ... Specimen 11 …… Holder 12 …… Manipulator 15 …… Q lens 16 …… Olyphus 21 to 24 …… Vacuum exhaust device 31,32 …… Slit 34 …… Iron core 35 …… Magnetic pole 36 …… Coil 38 …… Insulating wall 39 …… Electrode

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】真空中に於て陽子ビームを発生するイオン
源1と、真空中に於て陽子ビーム軌道を曲げるマグネツ
ト2と、真空中に於てマグネツト2を通つた陽子を加速
して試料に当て試料で散乱された陽子のうちΘ180゜の
散乱角で散乱された陽子を減速する加減速管3と、真空
中で散乱された陽子ビームを絞るQレンズ5と、超高真
空中に於て試料10を内部に保持する超高真空チヤンバ
7と、試料10の直前に設けられ入射陽子ビームと散乱
角Θが180゜から一定範囲にある散乱ビームとを通すアク
セプタンススリツト8と、加減速管3の空間と超高真空
チヤンバ7の間に設けられ両空間の真空度の差を維持す
るための円筒状のオリフイス6と、散乱され減速された
陽子ビームの運動エネルギー分布を測定するアナライザ
ーとよりなる表面解析装置に於て、Qレンズ5とオリフ
イス6とが同一位置に設けられている事を特徴とする表
面解析装置。
1. A sample by accelerating an ion source 1 for generating a proton beam in a vacuum, a magnet 2 for bending a proton beam orbit in a vacuum, and a proton passing through the magnet 2 in a vacuum. Acceleration / deceleration tube 3 for decelerating protons scattered at a scattering angle of Θ180 ° among protons scattered by the sample, Q lens 5 for narrowing the proton beam scattered in vacuum, and ultrahigh vacuum. And an ultra-high vacuum chamber 7 for holding the sample 10 therein, an acceptance slit 8 provided immediately before the sample 10 for passing an incident proton beam and a scattered beam having a scattering angle Θ within a certain range from 180 °, and acceleration / deceleration. A cylindrical orifice 6 provided between the space of the tube 3 and the ultra-high vacuum chamber 7 for maintaining the difference in vacuum degree between both spaces, and an analyzer for measuring the kinetic energy distribution of the scattered and decelerated proton beam. Surface analysis consisting of The surface analysis device is characterized in that the Q lens 5 and the orifice 6 are provided at the same position in the device.
【請求項2】Qレンズが磁界型のQレンズである事を特
徴とする実用新案登録請求の範囲第(1)項記載の表面解
析装置。
2. The surface analysis device according to claim 1, wherein the Q lens is a magnetic field type Q lens.
【請求項3】Qレンズが電界型のQレンズである事を特
徴とする実用新案登録請求の範囲第(1)項記載の表面解
析装置。
3. The surface analysis device according to claim (1), wherein the Q lens is an electric field type Q lens.
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