JPS60237349A - 螢光x線構造解析装置 - Google Patents

螢光x線構造解析装置

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JPS60237349A
JPS60237349A JP9284484A JP9284484A JPS60237349A JP S60237349 A JPS60237349 A JP S60237349A JP 9284484 A JP9284484 A JP 9284484A JP 9284484 A JP9284484 A JP 9284484A JP S60237349 A JPS60237349 A JP S60237349A
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JP
Japan
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ray
intensity
incident
fluorescent
rays
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JP9284484A
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Asao Nakano
朝雄 中野
Yoko Hayashi
洋子 林
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/07Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission
    • G01N2223/076X-ray fluorescence

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、物質の原子レベルの構造を解析するための螢
光X線構造解析装置に係り、特に基板上に形成されたア
モルファス薄膜の構造解析に好適な螢光X線構造解析装
置に関する。
〔発明の背景〕
螢光X線構造解析装置というのは、X線源からある範囲
で波長を変化させながら試料にX線を照射し、その照射
により発生する螢光X線を観測することによって、対象
物体の構造解析を行うものである。X線源としては電子
ビーム励起型X線発生装置がよく用いられるが、この場
合には主に電子ビームの対陰極内での制動輻射忙よる強
度の小さな連続スペクトルのX線をX線源として利用す
るため、高感度なX線光学系により装置を構成している
。ところが、電子ビ−ム励起型Xf5!発生装置からは
、上記の強度の小さい連続X線の他に強度が非常に大き
な特性X線(線スペクトル)も同蒔に発生しており、こ
のために特性X線波長に対しては、X線測定装置の入力
X線強度があまりに大きいために測定精度が著しく悪化
する。このため、従来は連続スペクトルによる測定を終
えたのち、X線発生装置への投入電力を低下させ再測定
するという方法をとっていた。また、従来の装置はX線
単色器により一定のエネルギー(あるいは波長)の間隔
でX線波長を変化させて走査を行っていたが、低エネル
ギー領域で十分な分解能が得られるようにエネルギー間
隔を設定すると、高エネルギー領域ではエネルギー間隔
が不必要に小さくなり、余分な測定点が多くなって測定
に長時間を要し、装置の安定性からデータの信頼性にも
問題を生じていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、電子ビーム励起型X線虫発生装置を用
いながらも、再測定や長時間測定を必要とせず、短時間
で精度良く測定が行える螢光X線構造解析装置を提供す
ることにある。
〔発明の概要〕
本発明は、試料への入射X線強度を減衰させる可変フィ
ルタを設け、試料へ入射するX線強度を計測しとその強
度がX線強度測定装置の測定精度が悪化しない範囲内に
入るように上記可変フィルタを自動調整する機構を設け
るとともに、試料から放射された螢光データの処理時に
は試料内部の散乱電子波の波数を単位としたスペクトル
に変換して解析が行われることに着目し、入射X線波長
の走査ステップ幅を従来の一定エネルギー幅ではなく、
一定波数幅ステップで行うよう圧したことを特徴とする
ものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第1
図は本実施例の螢光X線構造解析装置に用いた分光収束
型湾曲結晶の動作原理を示す。結晶によるX線の回折は
ブラッグの法則により、次式のように規定される。
2dIdflθ=nλ 曲間・曲・聞(1)ここで、d
は結晶面の面間隔、θは回折に寄与する結晶面と入射X
線の成す回折角、λは回折されるX線の波長、nは回折
の次数(整数)である。
いま、第1図に示すように分光結晶Cの格子面を半径2
Rの円に沿うよう機械的に湾曲させ、結晶の内側を半径
Rに沿うように整形すると、X#源Sからの発散X11
!のうち、結晶Cに到達しかつ式(1)の条件を満たす
波長のX線のみが、半径Rの同一円周上にあるAPに収
束する。したがって、この点Pにスリットを設置すれば
、スリットを通過するX線のエネルギーEは電磁波の波
長とエネルギーの関係から次式に示す形で表わされる。
ここに、J 、cはそれぞれブランク定数、光速度であ
る。式(2)に於いて、n=1のものを基本波、n≧2
のものを高調波と呼ぶが、分光結晶の材質と結晶構造、
面指数を適当に選択することにより、n=1のときの回
折だけが強く起こり、n≧2の回折は微弱なように設定
することができ、単色のX線をPに収束させることが可
能であり、所望のX線を収束して用いることができる。
従って、d、θ等の異る分光結晶を種々とり換えてやれ
ば波長(エネルギー)を種々変えて螢光測定を行える。
ところが、X線源Sに電子ビーム励起型X#発生装置を
用いると、前述のように強度が小さい連続X線の他に強
度(単位時間あたりのカウント数)の大きな特別なエネ
ルギー(波長)のX線が結晶Cに入射する。そのため、
第2図にタングステン(W)を対陰極材として用いた例
に示すように、スリットを通過するX線の強度も著しい
変動をし、このため従来装置でのべたようにX線発生装
置への投入電力を大幅に減じての再測定が必要であった
。なお、大きな強度を持つ特性X線(X線の線スペクト
ル)は、対陰極に用いる金属の材料により決まるもので
、対陰極の材料の原子番号に小さなものを選択すればあ
る程度この特性X線の強度を小さくすることも可能だが
、原子番号を小さくすると連続X線の強度まで小さくな
るため、本質的に回避することは不可能である。
そこで、本発明ではその実施例としての第3図に示すよ
うな装置構成によって、X線測定装置系の精度を落とす
ことなく、また再測定することなく全測定範囲を自動測
定できるようにし、また不要な測定点を除去して測定所
要時間を短縮したものである。第3図に於て、X線源1
で発生したX線は真空ポンプ12により真空排気された
X線経路2を通り分光収束結晶室3内に配置された結晶
7により反射され、第11図で説明したように所望のエ
ネルギー(波長)のX線が選択されてX線減衰用フィル
タ6aを設置したフィルタ選択機6、スリット13を通
して試料室19内の試料15を照射する。ここで、フィ
ルタ6aは所望の測定エネルギー(波長)範囲において
X線強度を一枚で約115にするものとし、フィルタ選
択機6の4個の穴に対して、それぞれ上記のフィルタを
0枚、1枚、2枚、6枚重ねて設定しておき、X線強度
調整機構9により上記穴の位置を選択し適切なX線強度
を選択できるようにしている。X線のエネルギー(波長
)は式(2)により決定されるが、本実施例では、回折
角θを結晶位置制御装置4、スリット及び試料位置制御
装置5により決定し、結晶の面間隔dは結晶交換機構8
により分光収束結晶7を選択することによって決定し、
これらθとdにより所望のX線エネルギー(波長)を得
ている。
試料15を照射するX線の強度は入射X線強度測定用カ
ウンタ14で測定され、試料15から発生する螢光X線
の強度は螢光X線強度測定用カウンタ16で測定される
。これら測定値はインターフェース17全通し、データ
処理装置18に伝送され螢光X線スペクトルが解析され
、また自動測定のための各部の制御が行われる。
第4図は、上記の装置の制御方法を示すフローチャート
であって、まずステップ100ではX線のエネルギーE
(波長)を決定する。この決定方法は後に詳述すること
とし、ここではある値Eに設定されたとする。続いて、
ステップIQ1ではフィルタ選択機6を、フィルタの1
枚も入っていない穴をX線が通過する位置にセットする
。(この位置を初期状態としてリセットするという)。
ステップ102では、各X線の強度を1/m秒間測定す
る。即ち、カウンタ14で入射X#強度Io1 を測定
し、カウンタ16で螢光X線強度1.を測定する。但し
、1/m秒というのは入射X線強度Io+の計数値が十
分な精度で得られる時間きする。続いてステップ103
では、今測定した入射X#強度I01が測定精度を悪化
させない最大X線強度をこえていないかどうかをしらべ
る。今X線強度測定用カウンタi4 、16としてガス
フロー型比例計数装置を用いるものとすると、上記の最
大X線強度は約2万カウント/秒であるから、17m秒
間のカウント数IoXが2万/mカウント以下なら測定
が可能なので、フィルター選択機6はそのままで次へ進
める。従ってX線源の連続スペクトル部分の強度とステ
ップ102の計数時間1/m秒はこの条件を満している
ように設定しておくと、X線源から大きな強度をもつ特
性X線(線スペクトル)が出ていないエネルギーEがス
テップ100で選択されている時はステップ104へ戻
ることはないが、線スペクトルのエネルギーが選択され
た時はステップ103の条件が通常は満されず、従って
ステップ104へ戻り、ここでフィルタ6aを1枚だけ
入射X線が通過するように調整機構9へ指令を出してフ
ィルタ選択機6を駆動する。これによって入射X線強度
は115倍になり、この状態でステップ102 、10
3を再び実行し、まだステップ103の条件が満されて
いない時は再びステップ104へ戻ってフィルタ6aを
2枚とする。このようにすると入射X線強度は最大(1
15)’ =1/625倍(4枚の時)にまで減衰させ
ることができるから、通常の特性X線の場合も確実にス
テップ103の条件を満す強度、つまり測定可能な強度
にして次のステップ105へ進むことができる。ステッ
プ105では、再度入射X線強度I02とその時の螢光
X線強度IIをカウンタ14 、16でIr/(mL+
 )秒間カウントする。
ここでIrは十分な精度で螢光X線強度を測定するに必
要なカウンタ16のカウント数である。通常入射X線強
度より螢光X線強度の方が小さいから、ステップ102
で得たX線強度I、はトより小さく、従ってステップ1
05でIr / (mI 1)秒間(1/m秒より大)
更めて計測すると、計数値が計測時間に比例することか
らカウンタ16出力はIr以上となり螢光X線強度が十
分な精度で測定される。以上で結局カウンタ14は入射
X線強度をステップ102と105でて−(1+Ir/
x1)/m秒間カウントして合計Io+ + IO2な
る強度(カウント数)を得、カウンタ16は同時間1秒
間カウントして合計I++I2なる螢光X線強度(カウ
ント数)を得たことになる。そこでこの入射強度に対す
る螢光X線強度の比、即ち目的とするエネルギーEに於
る螢光X線収率X (E) =’(11+I2 ) /
 (IO1+IO2)をステップ106で算出する。続
いてステップ107では所要のエネルギー範囲での計測
が終了したか否かをしらべ、まだならステップ100へ
もどり、エネルギーEを変化させて9下のステップを実
行する。以上のように特性X線の強度をフィルタにより
高精度測定可能な値にまで自動的に減衰させてから測定
を行うので、各エネルギーに対する測定を−通り実行す
るだけで所要の螢光X線収率をめることができる。
次に第4図のステップ100に於るX線のエネルギー(
波長)Eの選択方法について述べる。
螢光X線構造解析は特定元素の螢光励起エネルギーより
高エネルギー制約1 keV間の螢光収率スペクトルX
 (E)を用いて行われる。これは、特定元素を中心と
して発生する物質内の低速電子球面波が周囲の元素によ
り散乱されることにより生ずる螢光収率の変化をフーリ
エ変換して動径分布をめることであり、実際の解析では
低速電子球面波の波数Rを単位として解析される。従っ
て螢光収率スペクトルX (E’lは、この波数Rを等
間隔で変化させながら測定すれは必要なデータが得られ
る。ところが波数Rは、特定元素の螢光励起エネルギー
をEO1電子の静止質量をmeとした時、エネルギーE
との間に次の関係がある。
したがって、波数RとエネルギーEとは比例関係ではな
く、Rを等間隔でR1,R2,・・・とした時エネルギ
ーEもEI+ E2・・・と変化するが、こちらの方は
等間隔にはならない。例えばEO= 1835eV(S
iの螢光X線励起エネルギー)とし、波数Rの間隔をΔ
R=0.03 とすると、R=2.8 (E =E。
十30eV)付近でのΔEは07ev、R−16(E=
EO十1000 eV )付近でのΔEは4.1 eV
となる。したがってΔR=0.05の間隔を維持するに
は定エネルギー間隔で走査する従来装置の場合はΔE=
 0.7 eV程度で一定値としなければならない。と
ころがこれではR=16付近の高エネルギー領域では所
要間隔4.1 eVの約1/6の間隔で測定を行うこと
になる。これを測定点の数で言えはΔE == 0.7
6Vの定ΔE測定では測定点約1400に対し、ΔR=
0.03の定Δλ測定では測定点440で同等精度の測
定が出来ることを意味する。従って本発明では、第4図
のステップ100に於るエネルギEの設定値を次のよう
にして定める。即ち波数Rの値を等間隔でRII+ R
2r・・・+R1+・・・と定めておく。式(2)。
(3)から、 E−暑シー(午)2+Eo・・・・・・・・(4)とな
るので、この式の右辺のRにR1+ 1 ”’ + 2
+・・を代入して得たエネルギーEiをめ(m、 、’
 * E。
は定数で予め与えられている)、このエネルギEl +
 1−’ L2 、・・・が得られるように第6図の結
晶位置制御装置4、スリット及び試料位置制御装置5、
結晶交換機構8を制御して回折角θ、結晶の面間隔dを
設定する。このように波数Rが等間隔になるようにX線
エネルギーEを選択して走査することにより、測定点の
個数を上記の例では440 / 1400キ1/3に減
少させることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電子ビーム励起型X線源を用いても、
特性X線に対する再測定を必要とせず、また所要の測定
精度に必要な最小限の測定点のみで螢光X線収率を測定
するから、測定時間を従来より大幅に減少させることが
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は発散X線を分光かつ収束させるだめの分光結晶
の説明図、第2図は電子ビーム励起型X線のスペクトル
例を示す図、第3図は本発明の一実施例を示す図、第4
図は第3図の実施例に於る入射Xi強度調整方法及び測
定方法を示すフローチャートである。 1・・・X線源、 4・・・結晶位置制御装置、5・・
・スリット及び試料位置制御装置、6・・・フィルタ選
択機、7・・・分光収束結晶、8・・・結晶交換機構、 9・・・X線強度調整機構、 13・・・スリット、 14・・・入射X線強度測定カウンタ、15・・・試料
、 16・・・螢光X線強度測定カウンタ、18・・・デー
タ処理装置。 第 1 図 7 揶 2 図 ブ友菱(Ao) 第 3 図 第4 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. X線が入射され九時忙試料内に発生する低速電子球面波
    の波数が予め定められた一定ステップ幅で変化するよう
    に入射X線の波長を一測定点毎に決定する入射X線波長
    決定手段と、X線発生装置から出力されるX線のうち上
    記入射X@波長決定手段により決定された波長のX、I
    Jのみを選択入射X@として試料へ照射するように制御
    する入射X線波長制御手段と、上記選択入射X線の強度
    を計測する第1計測手段と、上記選択入射X線の強度を
    減衰させるためのその減衰率が、可変設定可能なフィル
    タと、上記第1計測手段の計測値が予め定められた基準
    強度内の値になるように上記フィルタの減衰率を制御す
    るX線強度制御手段と、上記選択入射X線対応に試料か
    ら放射される螢光X線強度を計測する第2計測手段と、
    上記第1及び第2計測手段によるX線強度計測値から試
    料の螢光X線収率を算出する演算手段とを備えたことを
    特徴とする螢光X線構造解析装置。
JP9284484A 1984-05-11 1984-05-11 螢光x線構造解析装置 Pending JPS60237349A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6238350A (ja) * 1985-08-14 1987-02-19 Hitachi Ltd 高精度けい光収率測定装置
JPH08334480A (ja) * 1995-06-07 1996-12-17 Sony Corp 蛍光x線分析装置
JPH10192265A (ja) * 1997-01-10 1998-07-28 Aloka Co Ltd X線測定装置
CN106093095A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种全视场x射线荧光成像系统及成像方法

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