JPH0743325A - イオン散乱分光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ビームカット時の中性粒子をカットすることで
中性粒子によるノイズを低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させた
チョッパを作成する。 【構成】イオン源から試料に至るイオンビームの軌道上
に、その軌道を機械的に断続するチョッピング手段を設
けて、試料に対してパルス状のイオンビームを照射させ
るとともに、このパルス状のイオンビームの発生時をも
って時間計測の開始とする制御手段を備えたイオン散乱
分光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料表面分析装置、例
えばイオン散乱分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、イオン散乱分析装置において
は、イオンビームを試料面に照射するため、通常、チョ
ッピング電極にパルス電圧を印加しチョッピング用磁石
との組合せによってパルス状のイオンビームを得ている
が（以下、パルス状のイオンビームをパルスイオンビー
ムという）、この従来の装置を図２に示す。図２の従来
例では、イオン源１からでたイオンはアパーチャー２１
と電極２２を通過し、加速されて、チョッピング電極１
３に至る。チョッピング電極１３内では、磁石１２によ
って定磁場がかけられていて、イオンビームは図中Ｃの
ように軌道を曲げられる。そこで、チョッピング電極１
３によって電場を形成すると、イオンの進行方向は曲げ
られ、所定の質量数のイオンのみがイオンビームとして
試料５に導入される構造になっている。チョッピング電
極１３の電位を変えることで、目的のイオンを偏向させ
て試料方向へ進行させたり遮断したりできる、いわゆる
チョッピングできる構成となっていた。なお、チョッピ
ング電極１３で所定のイオンを試料５に導入した瞬間を
チョッピング回路１４からタイミング信号として、時間
デジタル変換器１１に入力して計測開始信号とし、検出
器４でイオンを検出した信号をプリアンプ９で増幅し時
間デジタル変換器１１に計測信号として送る。時間デジ
タル変換器１１はイオンの飛行時間を計算し、コンピュ
ータ８にデータとして送るような構成になっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来のイオン散
乱分析装置で得られたパルスイオンビームでは、パルス
電圧が印加されている時間も含めて、パルス電圧が印加
されていない時間中も、常に電圧・電界に影響を受けな
い中性粒子が試料を照射しており、その結果、その中性
粒子による信号がイオン散乱分析装置のバックグラウン
ドノイズとなって、測定値のＳ／Ｎ比を低下させる原因
となる問題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本願発明はイオンビームの軌道上にあって、その軌
道を機械的に断続するチョッピング手段を設けた。例え
ば、穴やスリットの設けられた回転部材等を、機械的に
回転させることによって、イオンビームを遮断したり通
過させたりすることで、中性粒子の試料側への通過量が
少なくなるので、バックグラウンドノイズが極端に減少
し、測定装置のＳ／Ｎ比が向上するイオン散乱分析装置
が得られた。

【０００５】

【作用】イオン源１から発生したイオンビーム（中性粒
子を含む）の軌道上に、その軌道を機械的に断続する例
えば穴やスリットの開いたチョッピング用の回転部材等
を設置し、それを回転すると穴やスリットがビーム通路
にきたときにのみビームは通過し、それ以外ではビーム
は回転部材に遮られて通過しなくなる。一方、中性粒子
はイオン源１から２段のアパーチャ２１を通過するの
で、イオンビーム進行方向と同じ方向に進行する中性粒
子のみが２段のアパーチャ２１を通過しチョッピング部
に入射するようになっている。従って、チョッピング用
の回転部材でイオンビームが遮られているときは常に、
中性粒子も遮られるようになる。このようにして中性粒
子は、軌道が開成されているとき、つまりパルスイオン
ビームが試料５を照射しているときに、試料近辺へパル
スビームに混じってくるだけとなるので、試料５に照射
される中性粒子が少なくなり、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【０００６】

【実施例】本発明に関するイオン散乱分光装置の実施例
を図１に示し、このチョッピング手段の構造を図３を用
いて説明する。

【０００７】図１においてイオン源１で発生したイオン
はアパーチャ２１を通過し電極２２で加速されてイオン
ビームを形成しチョッパ２を通り検出器中心のアパーチ
ャ１９を通過し試料５に到達し試料５で反射して検出器
４で検出される。このイオン散乱分析装置のチョッピン
グ手段はチョッパ２とモータ３とモータ制御回路２０で
構成される。モータ制御回路２０は、モータドライバ６
及びモータコントローラ７で構成され、コンピュータ８
に接続されている。モータ３が回転しチョッパ２が回転
してイオンビームの軌道を開成して、パルスイオンビー
ムが発生した瞬間はパルスジェネレータ１０でモニター
していて、時間デジタル変換器１１にスタート信号を送
る。また、検出器４のプリアンプ９は時間デジタル変換
器１１を介してコンピュータ８に接続されている。具体
的にこれらの動作を説明すると、例えば、モータドライ
バ６でコントロールされているチョッパ駆動用モータ３
はチョッパの穴がイオンの通路軌道上にきたとき、パル
スジェネレータ１０にスタート信号を発生させ、その信
号が時間デジタル変換器１１に読み取られコンピュータ
８に記録される。一方、チョッパ２の穴を通過したパル
スイオンビームは試料５に当り、散乱されて検出器４で
検出される。この検出されたシグナルはプリアンプ９で
増幅され、時間デジタル変換器１１に読み取られイオン
ビームがチョッパ２を通過して試料５で散乱されて検出
器４に到達するまでの時間をデジタル化してコンピュー
タ８へと送る。試料５の質量数が小さいときには、イオ
ンの散乱エネルギーは小さく、イオンの飛行速度が小さ
くなる。一方、試料５の質量数が大きいときには、イオ
ンの散乱エネルギーは大きく、飛行速度が大きくなる。
この性質を利用して、コンピュタ８には、試料５の物質
に対応した弾性散乱されるイオンの飛行時間のデータが
入力されていて、例えば、試料５の成分を分析すること
ができる。なお、チョッパ２の機構は実施例に限られた
ものではなく、スリットや遮閉物やアパーチャを動かし
イオンビームを断続させる構成にしてもよい。また、パ
ルスビームの発生時の計測開始信号のモニターは、上記
のモータ内に穴やスリットと同期した信号発生手段を設
けた構成に限られたものではなく、例えば、チョッパ２
直後にセンサを設ける等してもよい。

【０００８】図３に本願発明のチョッパ２の一実施例を
示す。例えば、金属などのイオンビーム遮閉物質で構成
した円盤で、１５はこの円盤状チョッパ１７の中心軸を
調節してモータ３に取り付ける取り付け部材であり、１
６は、穴１８を開けたために円盤の重心のずれが生じる
のを調節するために設けた円盤状チョッパ１７の軸バラ
ンスをとるためのバランサである。これらの取り付け部
材１５とバランサ１６によって円盤状チョッパ１７はス
ムーズな高速回転が可能になる。実際のイオン散乱分光
装置では、最大１００ｋＨｚでパルス幅３０ｎｓのビー
ムが要求されるが、この条件を満たす円盤の半径は５０
ｍｍ、穴の直径は１ｍｍである。この円盤状チョッパ１
７を１００ｋＨｚで回転させれば目的とするイオンビー
ムのパルスが発生する。なお、円盤状チョッパは図３に
示した例に限られるものではない。

【０００９】

【発明の効果】磁場中で電場を制御してチョッピングを
行うチョッパに比べて本願の発明では、金属等の板を使
ってビームを遮断しているので、中性粒子の通過を完全
に近い状態で遮断できるという点で、イオン散乱分析装
置のＳ／Ｎ比は、２桁以上の高精度になる。これによっ
て、中性粒子によるスペクトルの寄与が極端に減少し、
結果として高精度な測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン散乱分析装置の概略構成説明図

【図２】従来のイオン散乱分析装置の概略構成説明図

【図３】本発明のチョッピング手段において利用される
チョッピング用回転部材の一実施例図

【符号の説明】

１…イオン源、２…チョッパ、３…モータ、４…検出
器、５…試料、６…モータドライバ、７…モータコント
ローラ、８…コンピュータ、９…プリアンプ、１０…パ
ルスジェネレータ、１１…時間・デジタル変換器、１２
…磁石、１３…チョッピング電極、１４…チョッピング
回路、１５…中心軸合わせ機構、１６…バランサ、１７
…円盤状チョッパ、１８…穴、１９…アパーチャ、２０
…モータ制御回路、２１…アパーチャ、２２…電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料に照射されたイオンビームが試料面で
   散乱されてくる時間を計測して試料表面を分析する飛行
   時間型イオン散乱分析装置において、イオン源から試料
   に至るイオンビームの軌道上に、その軌道を機械的に断
   続するチョッピング手段を設けて、試料に対してパルス
   状のイオンビームを照射させると共に、このパルス状の
   イオンビームの発生時をもって、時間計測の開始とする
   制御手段を備えたイオン散乱分光装置。