JPS63127155A - 薄膜分析計 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は有ｎＲ膜の分析に用いて好適な薄膜分析計に関
する。

［従来技術］ 最近、バイオテクノロジーをはじめとする各種技術分野
において簿膜に関する研究が進められている。

それらの研究においては薄膜の物性、特性を調べること
が重要であるが、そのための分析手段としては、イオン
マイクロアナライザ、オージェ電子分光装置、Ｘ線光電
子分光装置、赤外分光光度計などの装置が従来から用い
られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来から用いられているそのような装置は、装置構成が
大樹りで価格が高く、試料を真空中に配置しなければな
らなかったり試料の前処理が必要であるなど測定に手間
がかかることは避けられなかった。

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、比較
的簡単な構成で薄膜の物性、特性あるいは厚さに関する
情報を得ることのできる新規な薄膜分析計を提供するこ
とを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明の薄膜分析計は、コロ
ナ放電によりキャリアガスを励起しキャリアガスの励起
種を生成する手段と、該励起種の通路に配置されるコレ
クタ電極と、該コレクタ電極の励起種が当る面に保持さ
れる薄膜試料と、前記励起種生成手段とコレクタ電極と
の間に前記薄膜試料に面して配置される中間電極とから
構成されることを特徴としている。

［作用］ コレクタ電極に保持された薄膜試料に励起種が当たると
、ａＭ’Ｊ表面の分子は励起種の持つエネルギーにより
イオン化され、表面にはそのイオンと電子が生成される
。このイオンあるいは電子の母を中間電極あるいはコレ
クタ電極を用いて検出することにより薄膜の物性、特性
あるいは厚さに関する情報を得る。

以下、図面に基づき本発明の一実施例を詳説する。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の構成を示す概略図である。

図において１は接地電位にあるシールド電極、２はコレ
クタ電極、３はコレクタ電極表面に保持された有機薄膜
試料、４は薄膜３の周辺部表面に接触するように配置さ
れる第２コレクタ電極、５は各電極間の絶縁を保つため
の絶縁体、６は励起種を作成するための放電管、７は放
電管６と薄膜試料３との間に配置される網状の中間電極
である。

上記放電管６は筒状電極８と、キャリアガス例えばアル
ゴンを筒状電極８内に導くバイブ９と、針状電極１０と
、絶縁栓１１から構成され、電源１２により電極８．１
０間に高電圧を印加しコロナ放電を生起させると、励起
アルゴンＡｒ本　（励起種）が生成される。この励起種
は電荷は持たないが比較的大きなエネルギーを持ち、キ
ャリアガスの流れに乗って筒状電極８の開放端から薄膜
試料３へ向けて流れて行く。この励起種が有機薄膜試料
（Ｏｒｇ）と接触すると、薄膜試料は励起種の持つエネ
ルギーにより下式に従ってイオン化される。

Ａｒ　　＊　　＋Ｑｒｇ−＋Ｏｒｇ＋　　＋ｅ−＋、Ａ
ｒ　　・　（１）このようにして生成されたｅ−は以下
のような各種モードで検出することが可能である。

［モード△：コレクタ１Ｍ１２．４に負電圧Ｖａを印加
し、電極７に流れる電流（ａを測定する］このモードで
は、コレクタ電極２，４にかけた負電圧のため試料表面
から飛出した電子ｅ−を電極７により検出することがで
きる。この時、電圧Ｖａと電流１ａのｖａ　−１ａ曲線
は例えば第２図のように飽和特性を示す。その飽和電流
１ｓは試料表面に存在する物質の平均分子量に対応する
ので、飽和電流を求めれば試料表面の平均分子量を求め
ることが可能である。

尚、そのためには、分子陽既知のいくつかの化合物を薄
膜試料として平均分子量と飽和電流との間の関係を求め
ておき、その関係に基づいて未知の薄膜試料の飽和電流
からその平均分子量を求めれば良い。

［モードＣ：コレクタ電極２に負電圧ｖｂを印加し、雪
原４に流れる電流１ｂを測定する１このモードでは、薄
膜試料表面に溜った電子を測定することができる。Ｖｂ
−１ｂ曲線はモードＡのＶａ−１ａ曲線と同様な飽和特
性を示し、同様にして試料表面の平均分子量を求めるこ
とが可能である。

［モードＣ：コレクタ電極４と電極７に正電圧ＶＣを印
加し、コレクタ電極２に流れる電流［Ｃを測定するコ このモードＣでは、電極４．７にかけた正電圧によりコ
レクタ電極２にはＯｒｇ＋に対応するイオン電流１ｃが
流れる。この電流１ｃの値はモードＡ、Ｂにおける電子
電流Ｉａ、Ｉｂと略同じ値になる筈であるが、試料の膜
厚によってＶｃ−１ｃ曲線の形が若干変る。従って、予
め膜厚既知のいくつかの試料についてＶｃ−１ｃ曲線の
変化を調べておけば、膜厚未知の試料のＶＣ−ＩＣ曲線
からその試料の膜厚を求めることが可能である。

［モードＣ：コレクタ電極４と電極７に負電圧Ｖｄを印
加し、コレクタ電極２に流れる電流１ｄを測定する１ このモードＤでは、：ａ膜試料表面で生成された電子ｅ
−のうち薄膜試料を透過して裏面に到達したものがコレ
クタ電極２へ流入して電流Ｉｄとして検出される。この
電流１ｄをモードＢで測定した電流１ｂ　　（試料表面
で生成された全電子に関する情報）と比較することによ
り、薄膜の電子伝導度に関する情報を得ることができる
。

尚、いずれのモードにおいても、電流の測定にはフロー
ティング増幅器を使用し、測定したい電荷に合わせて捕
集に適した電圧をかければ、より完全に全電流が測定で
きる。

又、電極７やコレクタ電極４に印加する電圧は、定電圧
でも良いが、Ｏ←→＋Ｖ（又は−Ｖ）の矩形波、正弦波
あるいはパルスとし、電極２に流れる電流の時間変化や
位相のズレを測定すれば、膜厚や膜の性質に関する情報
をより正確に得ることができる。

第３図は本発明の他の実施例を示し、コレクタ電極４と
電極７の間に更に第２の網状電極１３が配置されている
。

この実施例では第１図の実施例で説明したＡ〜Ｄの各モ
ードに加え、以下のような測定を行うことが可能である
。

即ち、電極１３に正電圧を印加しておき、更にこの電極
にエタノール（アセトン等でも良い）Ｓを少吊付けると
、エタノールが励起種Ａｒ率により下式に従ってイオン
化されてＳＨ＋が生成さＴ八 れる。

Ａｒ率＋χＳ→ ＳＨ÷＋Ｓ　　（Ｓ−Ｈ）−＋Ａｒ 爪　　　　　　　　　　に ・・・（２） このＳＨ＋が薄膜試料表面に到達すると、試料 料Ｍのプロトン親和力がエタノールＳのプロトン親和力
よりも大きい場合、５ＴｎＨ÷と試料Ｍとのプロトン移
行反応により、下式に従って試料のプロトン化分子イオ
ン（ＭＨ”、Ｍ２Ｒ十等）が試料表面で生成される。

８１−１”＋ｙＭ　　→　Ｍ、Ｈ＋＋・・・ηへ ・・・　（３） 電極７．１３．４に適当な正電圧を印加し、電極２に流
れる電流を測定すれば、試料表面で生成されたプロトン
化試料分子イオンの但に対応した情報が得られ、薄膜試
料のプロトン伝導性に関する情報を得ることが可能であ
る。

尚、電極１３に負電圧を印加し、電極２に流れる電流を
測定すれば、試料表面で生成された負イオンを検出する
ことができる。

又、電極４により試料表面に溜るイオン電流を測定する
こともできる。

第４図は本発明の更に他の実施例を示し、本実施例では
中間電極７として第１図の実施例のような網状電極では
なく、薄膜試料の表面に先端が近接するように配置され
る針状電極を用いている。

この針状電極は先端の曲率が例えば０．１μ−程度に尖
らせると共に、先端を除き絶縁被膜で包まれている。こ
の先端と試料表面との距離は可変とされ、且つ設定され
た距離を保って試料表面上で２次元的に移動できるよう
な移動機構により保持される。尚、針状電極は試料表面
との距離のみ可変とし、試料の方を２次元的に移動させ
るようにしても良い。

そして、測定は前述した第１図の実施例で説明したＡ−
０の各モードで全く同様に行われる。電極４により全電
流に関する情報が、電極７によりその先端が而している
試料表面の微小領域のみに関する情報が夫々得られ、電
極７又は試料を適宜移動させることにより、測定領域を
任意に選択することができる。

更に、電極４に０←→十■または＋Ｖ←→−■のように
変化する矩形波電圧を印加し、電極７に流れる電流の時
間変化や位相のずれを測定しても良い。

すべてのモードについて言えることであるが、電極にか
ける電圧の極性を逆にすることにより、（２）式におけ
る負イオンについても測定することができる。

各電流の測定に当っては、電極７と電極４、電極７と電
極２あるいは電極４と電極２のように２つの電極に流入
する電流を夫々同時に、Ｉｌす定し比較するようにする
ことが、イオンや電子の挙動の違い、膜抵抗１表面電流
などの識別をより正確に行うことができるという点で好
ましい。

尚、各実施例において、電極１にヒータを埋め込むなど
により試料加熱手段を設け、試Ｉｔの温度を変化させて
電流の変化を調べることも、薄膜試料の温度依存性など
熱的性質（転移点、融点など）を知る上で重要な意味を
持つ。

［効果コ 以上詳述した如く、本発明によれば、励起種によって直
接あるいは間接的に薄膜試料表面の分子をイオン化し、
その結果表面に発生した電子あるいはイオン量に関する
情報を各電極から得るという簡単な構成で、膜厚、電子
伝導性、プロトン伝導性２分子ω等試料の特性を分析す
ることができる薄膜分析計が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す概略図、第２図
は電圧−電流特性の一例を示す図、第３図及び第４図は
夫々本発明の他の実施例を示す概略図である。 １：シールド電に２，４：コレクタ電極３：有ｉ薄膜試
料　５：絶縁体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）コロナ放電によりキャリアガスを励起しキャリア
   ガスの励起種を生成する手段と、該励起種の通路に配置
   されるコレクタ電極と、該コレクタ電極の励起種が当る
   面に保持される薄膜試料と、前記励起種生成手段とコレ
   クタ電極との間に前記薄膜試料に面して配置される中間
   電極とから構成されることを特徴とする薄膜分析計。
2. （２）前記中間電極は網状電極である特許請求の範囲第
   １項記載の薄膜分析計。
3. （３）前記中間電極は針状電極であり、該針状電極の先
   端が薄膜試料に近接配置される特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜分析計。