JPS6361179A - 低速電子測定装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、大気中における気体放電を利用して低速電子
を測定する装置、より詳しくは検出感度を向上させる技
術に間する。

（従来技術） 試料表面から放出された光電子や熱電子、エキソ電子（
以下、低速電子と呼ぶ）の検出には、開口を介して大気
開放された導電性容器からなる陰極の内部に陽極を、開
口部に第１及び第２格子電極を配設するとともに、陰極
と陽極間に３．４ＫＶ程度の電圧を印加し、また第１及
び第２の格子電極にはそれぞれ常時１００Ｖ及び８０Ｖ
程度の電圧を印加するように構成された低速電子測定装
置が用いられる。

この装置において、試料表面から放出された低速電子が
開口部から陰極に侵入すると、陽極は、低速電子をトリ
ガとして放電を起してパルス信号を出力する。このパル
ス信号により計数手段を作動させる一方、第１の格子電
極の電位を上昇させて放電の発達を防止し、同時に第２
格子電極を負電位まで低下させて放電中に生じた陽イオ
ンを中和しＩ、以後光の状態に戻るという過程を繰返し
ながら低速電子の発生数を測定する。

ところで、試料から放出された電子は、通常大気中の酸
素分子に一旦付着してから、格子電極や一極による正電
界により引かれて陰極に侵入するため、その移動速度が
極めて遅くなり、結果として外部環境の影響を受けで陰
極外に飛散して放電に関与する発生電子数の割合が少な
くなって感度が低くなるばかりでなく、試料表面から陽
極までの移動に時間を要して応答速度が低いという不都
合があった。

もとより、このような問題を解消するため、例えば格子
電極の電位を高くして、低速電子を付着させた酸素イオ
ンを陰極方向に電気的に加速きせることも考えられるが
、電位上昇につれて格子電極に捕捉されるイオンの割合
が大きくなり、計数率の向上にはおのずから限界を主じ
るのみならす、格子電極間での電界強度分布に影響を与
えて測定条件に変＠を及ぼすという問題があった。

（目的） 本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは試料から放出された低速電子
の捕収率を可及的に高めて、検出感度と応答速度の向上
を図ることができる低速電子測定袋：を提供することで
ある。

（構成） そこで、以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づい
て説明する。

第１．２図は、本発明の一実施例を示すものであって、
図中符号１は、開口１ａｉ介して大気に開放された導電
性容器体で、電気絶縁材２で上下２領域に分割しで、開
口１ａ側に陰極３か形成されている。陰極３内には不平
等電界を形成する陽極４を中心線上に、また同軸状に筒
状支持体５．６を介して放電を制２＠する第−格子電極
７、第二極子電極８が上下関係となるように配設されて
いる。

一方、容器体１の上方側の空間は、陽極４に高電圧発生
器９からの出力電圧を供給する負荷抵抗１０、直流成分
をカットするコンデンサ１１、これからの出力信号を増
幅する前置増幅器１２が収容されている。１３．１３は
、吸引口で、第二格子電極８の支持体６により囲まれた
空間の空気を吸引するように陽極４の上部の絶縁体２に
通孔を穿設して形成され、他端をバイブ１４により吸引
ポンプ］５に接続されている。

１６は、カウンタで、前置増幅器］２からのパルス信号
を計数して、その計数値を表示袋Ｗ１７により表示する
ものである。１８は、第一パルス発生器で、出力端子は
第一格子電極７に接続され、常時には１００Ｖ程度の電
圧を、またカウンタ］６からのパルス信号により一定時
間Ｔ＋Ｊ！続する４００Ｖ程度の電圧を出力するもので
ある。

］９は、第二パルス発生器で、出力端子が第二格子電極
８に接続され、常時は８０Ｖ程度の電圧を、またカウン
タ１６からのパルス信号により一定時ＦｔｆｌＴｅ、ｉ
ｆ！続するマイナス３０Ｖ程度の電圧を出力するもので
ある。なお、図中符号２０は、それぞれリート線を引出
すための電気絶縁材である。

次に、このように構成した装置の動作を第３図に基づい
て説明する。

装置を作動ざぜると、ポンプ１５は、吸引口１３．１３
から第一格子電極７の支持体５の内部寮間の空気を吸引
して、陰極開口部１ａの外側から陽極４に向かう空気流
Ｆを発生させる。この空気流Ｆは、陽極４を沿うように
通過して、陽極３近傍に存在する水分を外部に排出する
。

このような状態においで、陰極開口部１ａの下方に試料
Ｓそ配置し、これに紫外線等により試料Ｓ表面にエネル
ギを与えると、試料Ｓは表面から低速電子を放出する。

この低速電子は、試料周囲の気体分子に一旦付着し、こ
の近傍の空気流Ｅに乗って開口部１ａに強制的に引込ま
れ、ついて陽極４や格子電極７．８により形成された電
界の作用と、支持体５内の空気流Ｆにより急速に陽極４
に引き寄せられて行く。このようにして気体分子に付着
して陽極４の近傍に運ばれた電子は、陽極４近傍に分布
している強電界の作用を受けて急激に加速され、周囲の
大気を電離させて放電を引き起す。これにより陽極４は
、急激な電位降下を引き起す、この電位降下は、コンデ
ンサ１１を介してパルス信号となって増幅器］２により
増幅されでカウンタ１６に入力し、低速電子の発出頻度
や個数として表示装置］７に表示される。

一方、このパルス信号は、第−及び第二パルス発生器］
８．１９に入力し、第一パルス発出器１８から電圧か例
えば３００Ｖで時間幅Ｔｅのパルスを重書出力させて第
一格子電極７の電位を４００Ｖに引き上げて、放電を停
止し、放電中に陽極近傍に発生した陽イオンを電子と再
結させで中和する。また第二パルス発生器１９からパル
スを出力させて、第二格子電極８の電位を陰極１に対し
てマイナス３０Ｖまで下げ、放電時に発生した陽イオン
を第二格子に衝突させて中和し、陽イオンが開口］ａか
ら飛出して試料Ｓ面を衝撃するのを防止するとともに電
子の付着した酸素分子の格子電極８内への進入を阻止す
る。

これに並行しで、陽極４近傍に発生したイオンは空気流
Ｆによって吸引口］３．１３から陰極３外に排出されで
しまうため、試料Ｓ表面の衝撃を可及的に少なくし、ま
た放電の消滅時間を短縮することになる。放電の開始か
ら時間Ｔｅが経過すると、第−及び第二パルス発生器１
７．１８からのパルス出力が停止し、測定装畜は初期の
状態に戻っでつぎの低速電子の流入を待つ。

［実施例１コ 直径１０ｍｍの開口部を有する陰極を持つ検出器を試料
Ｓに対して１０ｍｍの間隔を１いて配設し、第一、第二
格子電極、及び陽極の電位をそれぞれ同上工程のように
制御して、吸引ポンプの吸引能力を変化させて計数率を
調べたところ、第４図に示したように吸引量の増加に比
例して計数率か上昇した。

一方、比較のためにポンプ停止させ、電極間電圧は一定
とし、かつ電極間電圧を一定に維持させながら第二格子
電極の初期電位を変化させながら同一試料についで計数
率を測定したところ、第５図に示したように、第二格子
電極の電位の上昇とともに計数率も比例的に上昇するが
、第二格子電極の電位が２００Ｖに達した付近から計数
率の延びが小ざくなって飽和傾向を示し始めた。

このことから、陰極開口部から陽極に向かう空気流を形
成することが、計数率の向上に大きな効果かあることが
解った。

［実施例２］ 直径１０ｍｍの開口を有する上記検出器を試料Ｓに対し
て１０ｍｍの間隔を１いて配設し、吸引ポンプによつ３
β／分の割合で空気を吸引した状態で、紫外線照射時か
らの計数率の変化を調べたところ、第６図に示したよう
に照射から３０秒後には計数率が定常値に達した。

一方、比較のために、空気の吸引を行なうことなく第二
格子電極の電位を高めに設定して同様な測定を行なった
ところ、第７図に示したように数分経過した時点で定常
値に達した。

このことから、陰極開口部から陽極に向かう空気流を形
成することは、計数率を向上させるのみならす、応答速
度をも非常に向上させることが確認できた。

なあ、この実施例においては、容器体］を分割する電気
絶縁体２に通孔を穿設して吸引口１３．１３を形成して
第一格子電極支持体５の内部空間の空気を吸引するよう
にしているが、第一格子電極支持体に通孔を穿設して吸
引口を設けたり、絶縁体に通孔そ形成して容器体］の上
部空間を介して吸引するようにしても同様の作用を奏す
ることは明らかである。　　　　　７ 第８図は、本発明の第二実施例を示すものであっで、第
一格子電極支持体５と第二格子電極支持体６により形成
された空間に連通する噴出口２１．２１を穿設しで、バ
イブ２２により乾燥気体源２３に連通させ、第一格子電
極７の近傍に乾燥気体を供給するように構成したもので
ある。

この実施例において、装コヲ作＠させると、ポンプ１５
は、吸引口１３．１３から第一格子電極７の支持体５の
内部空間の空気を吸引して、陰極開口１ａの外側から陽
極３に向かう空気流Ｆを発生させると、試料Ｓの表面か
ら放出された低速電子は、試料周囲の気体分子に一旦付
着し、この近傍の空気流Ｆに乗って開口部１ａに強制的
に引込まれる。同時に気体噴出口２］、２１から噴出し
た乾燥気体ｆ、ｆは、第一格子電極７の近傍において陰
極開口部１ａからの空気流Ｆに混合されて陽極４に向か
う。これによつ第一格子電極支持体５により囲まれた空
間の湿度が低下して、陽極４近傍に存在する水分か除去
され、放電条件か一定となって計数率が安定化する。ま
た、乾燥気体に、アルゴンガス等の放電助成ガスを使用
することにより、放電条件の安定化と、放電効率、つま
り検出感度の向上を図ることができる。

第９図は、本発明の第３実施例を示すものであって、図
中符号３１は、開口３１ａ！介して大気に開放された導
電性容器体で、電気絶縁材３２で上下２領域に分割して
、開口３１ａ側に陰極３３が形成されている。陰極３３
内には不平等電界を形成する陽極３４そ中心線上に、ま
た同軸状に筒状支持体３５を介して放電を制御する格子
電極３６が配設されている。

３７．３７は、吸引口で、格子電極３６の支持体３５に
より囲まれた空間の空気を吸引するように陽極３４の上
部の絶縁体３２に通孔を穿設して形成され、他端をパイ
プ３８により吸引ポンプ１５に接続されでいる。

］６は、カウンタで、前置増幅器］２からのパルス信号
を計数して、その計数値を表示装置１７により表示する
ものである。３９は、パルス発生器で、出力端子は格子
電極３６に接続され、常時には１００Ｖ程度の電圧を、
またカウンタ１６がらのパルス信号により一定時間Ｔｅ
継続する４００Ｖ程度の電圧を出力するものである。

この実施例においで、装置を作動させると、ポンプ１５
は、吸引口３７．３７がら格子電極３６の支持体５の内
部空間の空気を吸引しで、陰極開口３１ａの外側から陽
極３４に向がう空気流ＦＶ発生させる。この空気流Ｆは
、陽極３４を沿うように通過しで、陽極３４表面に近傍
に存在する水分を外部に排出する。

このような状態において、試料Ｓの表面から放出された
低速電子は、試料周囲の気体分子に一旦付着し、この近
傍の空気流Ｆに乗って開口部３１ａに強制的に引込まれ
、ついで陽極３４や格子電極３６により形成された電界
の作用と、空気流Ｆにより急速に陽極３４に引き寄せら
れで行く。このようにして気体分子に付着して陽極４の
近傍に運ばれた電子は、陽極４近傍に分布しでいる強電
界の作用を受けで急激に加速され、周囲の大気を電離さ
せて放電を引き起す。これにより陽極３４．は、急激な
電位降下を引き起す。この電位降下は、コンデンサ１］
を介してパルス信号となって増幅器］２によつ増幅され
てカウンタ１６に入力し、低速電子の発生頻度や個数と
して表示装置１７に表示される。

一方、このパルス信号は、パルス発生器３９に入力し、
パルス発生器３９から電圧が例えば３００Ｖで時間幅Ｔ
ｅのパルスを重畳出力させて第一格子電極７の電位！４
００に引き上げで、上記放電により陽極３４近傍に発生
した陽イオンを消滅させて放電を速やかに停止させる。

一方、消滅までの期間、放電時に発生した陽イオンは、
陽極４近傍の空気流Ｆによって吸引口３７．３７がら陰
極３３外に排出されてしまうため、試料Ｓ表面を衝撃す
ることができない。このようにして、放電の開始から時
間Ｔｅが経過すると、パルス発生器３９からのパルス出
力が停止して測定装置は初期の状態に戻る。

ところで、上記イオンの消滅工程において、試料Ｓ表面
から引続いて放出されている低速電子は、格子電極の正
電界の作用と、空気流Ｆの作用を受けで陰極３３外方に
散逸することかできないため、開口部３１ａ近傍に存在
しでいる。このため、装置が初期状態に戻ると同時に、
開口部３１ａ近傍の低速電子は、空気流Ｆに引かれて即
座に陽極３４近傍に移動し、遊び時間をおくことなく次
の放電を誘発させる。

この実施例によれば、陰極開口部に対向する第二格子電
極や第二パルス発生器（第１．８図）を不要として装置
の簡素化を図ることかできるばかりでなく、第二格子電
極の使用時における放電停止工程での負電界の作用によ
る低速電子の排斥をなくして測定サイクルを高速化する
ことができる。

（効果） 以上、説明したように本発明によれば、陰極開口部から
陽極に向かう空気流を形成するようにしたので、試料か
ら放出された低速電子を空気流により陽極側に補数して
計数率の向上を図ることができるばかりでなく１、試料
表面から陽極への移動速度を高めで応答速度の向上を図
ることができ、ざらには陽極近傍に存在する水分や塵埃
を空気流でもって除去できて放電条件を一定に維持する
ことができ、測定条件の安定化を図ることができる。

さらに、放電によつ発生した陽イオンを空気流により速
やかに陰極の外に排出して試料への衝突を阻止すること
ができ、放電停止操作時における第二格子電極の電位制
御、ひいてはこの格子電極を不要として構造の簡素化を
図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す装置の構成図、第２
図は、同上装置の絶縁材部における断面図、第３図は同
上装置の動作を示す波形図、第４図は同上装置における
吸引量と計数率の関係図、第５図は第一格子電極の電位
と計数率の関係図、第６図は第１図装置にあける応答特
性図、第７図は従来装置における応答特性図、第８．９
図は、それぞれ本発明の他の実施例を示す装置の構成図
である。 ３・・・・陰極　　　　　　　　４・・・・陽極７．８
・・・・格子電極　　　　１３・・・・吸引口１５・・
・・吸引ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端に低速電子が流入する開口を有する容器状の陰極と
   、該陰極の内部に配設されて低速電子の流入時に放電を
   生じさせるに足る電圧の供給を受ける陽極と、前記開口
   から陽極に向う空気流を発生させる手段を備えてなる低
   速電子測定装置。