(57)【要約】【課題】３６０°回転対象のトロイダル型分光器を用いた多重検出を可能にする。【解決手段】回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器によりエネルギー分散された電子の多重検出を行う電子増倍器及び電子分光装置で、電子増倍壁１として、円板乃至円錐の側面形状をし中心部をくり抜いた絶縁体の側壁に二次電子放出率が高く且つ抵抗値の高い物質をコーティングして所定間隔を保持して複数段に積層配置すると共に、電子増倍壁１の外周側と中心部の内周側との間に電子増倍用高電圧６を印加して、外周側をトロイダル型分光器からの入射部としてくり抜いた中心部のそれぞれの間に環状の電子検出器２を配置し、多重検出を可能とし、３６０°の信号を取り込み、高い検出感度を得る。【選択図】　　　図１
2004095280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器によりエネルギー分散された電子の多重検出を行う電子増倍器であって、電子増倍壁として、円板乃至円錐の側面形状をし中心部をくり抜いた絶縁体の側壁に二次電子放出率が高く且つ抵抗値の高い物質をコーティングして所定間隔を保持して複数段に積層配置すると共に、前記電子増倍壁の外周側と中心部の内周側との間に電子増倍用高電圧を印加して、外周側をトロイダル型分光器からの入射部として前記くり抜いた中心部のそれぞれの間に環状の電子検出器を配置したことを特徴とする電子増倍器。
【請求項２】
回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器によりエネルギー分散された電子の多重検出を行う電子分光装置であって、回転中心軸に対して回転対称なトロイダル型分光器と、環状入射スリットを介してトロイダル型分光器の前段に設けられ、前記回転中心軸に対して回転対称な円錐型レンズ系と、該円錐型レンズ系に取り込まれる荷電粒子を発生させる荷電粒子発生源と、トロイダル型分光器の出射側に設けられた電子増倍器とからなり、前記電子増倍器は、電子増倍壁として、円板乃至円錐の側面形状をし中心部をくり抜いた絶縁体の側壁に二次電子放出率が高く且つ抵抗値の高い物質をコーティングして所定間隔を保持して複数段に積層配置すると共に、前記電子増倍壁の外周側と中心部の内周側との間に電子増倍用高電圧を印加して、外周側をトロイダル型分光器からの入射部として前記くり抜いた中心部のそれぞれの間に環状の電子検出器を配置したことを特徴とするトロイダル型分光器を有する分光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器によりエネルギー分散された電子の多重検出を行う電子増倍管及び電子分光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図５はトロイダル型分光器を使った電子分光装置の従来例を示す図、図６はトロイダル型分光器によるエネルギー分散の例を示す図、図７はトランザキシャルレンズを使った多重検出の例を示す図である。
【０００３】
電子の運動エネルギーを分析する分光器として、回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器がある（特開平１０−２７５７１号公報参照）。この従来のトロイダル型分光器を使った電子分光装置は、図５に示すようにトロイダル型分光器の前段に４段のレンズ系から構成される円錐型静電レンズ１６（回転中心軸１１に対して回転対称）が配されていて、入射スリット１４を通して入射した電子が、回転中心軸１１付近の出射スリット１５から出射し、デフレクタ２０、２１で偏向されて電子検出器２２で検出されるようになっている。
【０００４】
電子発生源１９は、サンプル１８を電子銃、Ｘ線源、紫外線照射装置等からなる一次励起源１７で励起する構成であり、電子発生源１９からの電子を、円錐型静電レンズ１６によってトロイダル型分光器の入射スリット１４付近に集束させる。トロイダル型分光器は、その電子をトロイダル型分光器の外側電極１２と内側電極１３間に形成した電場によってエネルギー分析し、出射スリット１５付近で再び集束させる。
【０００５】
そして、スリット１５を通り抜けてきた電子だけを電子検出器２２によって検出して、電子発生源１９から出発した電子のうちの特定のエネルギー範囲内にある電子だけを選別する。なお、回転対称系であるから入射スリット１４、出射スリット１５はいずれも円環状となる。
【０００６】
出射スリット１５を出た電子は、出射スリット１５よりも正の電位を印加されたデフレクタ２１、および出射スリット１５よりも負の電位を印加されたデフレクタ２０の間で作られる偏向電場によって偏向され、電子検出器２２の入口に到達する。なお、デフレクタ２１には電子が通過できるように孔が開けられている。また、出射スリット１５と電子検出器２２の最先端部分には１００Ｖ程度の電位差を設けてあり、低エネルギー電子はここで加速されて電子検出器２２に入射する。
【０００７】
トロイダル型分光器は、そもそも図６に示すようなエネルギー分散性を持っていて、エネルギーの異なる電子の集束位置はエネルギー分散方向にエネルギーの違いに比例した分だけずれる。図６の例は、トロイダル型分光器の内側電極（電位　０）の半径ｒ１＝３５ｍｍ、外側電極（電位−１００Ｖ）の半径ｒ２＝６０ｍｍ、ν＝０．８の場合であり、図示するように９０ｅＶ〜１１０ｅＶまで、５　ｅＶのエネルギー差で集束している。したがって、各集束点に検出器を配置することにより多重検出も可能であり、エネルギーの異なる電子を同時に検出することが可能である。
【０００８】
しかし、上記構成では、トロイダル型分光器の出口に出射スリット１５が配置されているので、電子検出器２２で検出されるのは出射スリット１５を通過できる、ある特定のエネルギー幅内の電子だけとなり、エネルギー分散がリニアであるという特性が十分に活かされていない。
【０００９】
そこで、多重検出を行う場合には、図７に示すようにトロイダル型分光器の出口側にトランザキシャルレンズ３１を配置し、そのトランザキシャルレンズ３１の出口側に電子検出器３２、例えばチャンネルトロンを配置している。なお、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は断面図である。
【００１０】
トランザキシャルレンズ３１は、２枚の平板電極が対向して配置された静電レンズが荷電粒子線の進行方向に複数段配置された構成を有しており、２枚の平板電極が対向している方向について、電子に対して通常の円筒型静電レンズ等と同様のレンズ作用を有する（この点に関しては、例えば、Ｐ．Ｗ．Ｈａｗｋｅｓ，Ｅ．Ｋａｓｐｅｒ　；Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｏｐｔｉｃｓ　Ｖｏｌ．１　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ　１９８９を参照）。
【００１１】
即ち、トロイダル型分光器の出口側に配置したトランザキシャルレンズのＧ１とＧ３の静電レンズの電極に、共に、トロイダル型分光器の中心軌道の電位と同電位になるように電圧を印加し、Ｇ２の静電レンズの電極にそれとは異なる電圧を印加すると、このレンズ系はアインツェルレンズ等の通常の円筒型静電レンズの場合と同様のレンズ作用をする。そのため図７に示すように、出射スリット３０の近傍で集束した電子線はトランザキシャルレンズ３１の出口近傍で再度集束されることになる。
【００１２】
本来ならばトロイダル型分光器の出口側に直接電子検出器を配置すればよいのであるが、それでは電子検出器自体の寸法が極めて大きくなってしまう。実際、上述した寸法とした場合には、半径２００ｍｍ程度の大きさの電子検出器３２が必要になる。トランザキシャルレンズ３１をトロイダル型分光器の出口側に配置するのはこのような理由によるものであり、このことによって一般に市販されている程度の大きさの電子検出器３２を利用できるようになり、安価に構成することができるのである。
【００１３】
しかし、上記のように従来のトロイダル型分光器を使った電子分光装置では、３６０°回転対象のトロイダル型分光器を用いると、図５に示すように多重検出ができず、多重検出を行おうとすると、図７に示すようにトランザキシャルレンズ３１を用いても３６０°の一部、例えば９０度分しか用いることができなかった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、３６０°回転対象のトロイダル型分光器を用いた多重検出を可能にするものである。
【００１５】
そのために本発明は、回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器によりエネルギー分散された電子の多重検出を行う電子増倍器であって、電子増倍壁として、円板乃至円錐の側面形状をし中心部をくり抜いた絶縁体の側壁に二次電子放出率が高く且つ抵抗値の高い物質をコーティングして所定間隔を保持して複数段に積層配置すると共に、前記電子増倍壁の外周側と中心部の内周側との間に電子増倍用高電圧を印加して、外周側をトロイダル型分光器からの入射部として前記くり抜いた中心部のそれぞれの間に環状の電子検出器を配置したことを特徴とするものである。
【００１６】
また、回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器によりエネルギー分散された電子の多重検出を行う電子分光装置は、回転中心軸に対して回転対称なトロイダル型分光器と、環状入射スリットを介してトロイダル型分光器の前段に設けられ、前記回転中心軸に対して回転対称な円錐型レンズ系と、該円錐型レンズ系に取り込まれる荷電粒子を発生させる荷電粒子発生源と、トロイダル型分光器の出射側に設けられた前記電子増倍器とからなることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る電子増倍器の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は複数段に積層配置した電子増倍壁の外観図を示す。図中、１は電子増倍壁、２はコレクタ電極、３は金属電極、４は固定軸、５はプリアンプ、６は電子増倍用高電圧、７はバイアス電圧生成用ツェナーダイオード、８はアナライザ側高電圧、ＥＢは入射電子線を示す。
【００１８】
図１において、電子増倍壁１は、円錐の側面形状（すり鉢の側面形状）をし中心部をくり抜いた、例えばガラスなどの絶縁体からなり、その両側壁に二次電子放出率が高く且つ抵抗値の高い物質をコーティングして所定間隔を保持して複数段に積層配置したものである。このコーティングには、例えばマグネシウム酸化膜（ＭｇＯ）がある。
【００１９】
金属電極３は、電子増倍壁１の外周縁および内周縁に沿って電圧を印加できるように金属をコーティングして形成したものである。固定軸４は、外周縁および内周縁の数個所で電子増倍壁１の間隔を一定に保持すると共に金属電極３を電気的に一体に接続する金属である。
【００２０】
電子増倍壁１は、外周側を電子の入射部、内周側を電子の出射部とし、電子増倍用高電圧６は、固定軸４を通して外周縁と内周縁の金属電極３に電子増倍用として高電圧を印加し、バイアス電圧生成用ツェナーダイオード７とアナライザ側高電圧８は、電子増倍器にバイアスを印加するものである。コレクタ電極２は、この出射部、つまり電子増倍壁１のくり抜いた中心部のそれぞれの間に配置して、外周側から取り込んだ入射電子線ＥＢを電子増倍壁１で増倍し、その電子を捕捉する環状の電子検出器であり、プリアンプ５は、コレクタ電極２で検出される信号を増幅して出力するものである。
【００２１】
このように電子増倍用高電圧６から固定軸４を通して入射部と出射部の金属電極３の間に、出射部側を正電位にして１〜２ｋＶ程度の電圧を印加すると、２つの電子増倍壁１で囲まれたそれぞれのドーナツ状の空間は、通常のチャネルトロンと同様の電子増倍作用を持つようになる。これらドーナツ状の空間の出射部に配置されたコレクタ電極２には、出射部に対し正電位にして数百Ｖ程度の電圧を印加することにより、出射部からのエネルギー分散された電子を捕捉することができる。
【００２２】
図２は回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器と電子増倍器とを組み合わせた本発明に係る電子分光装置の実施の形態を示す図であり、１１は回転中心軸、１２は外側電極、１３は内側電極、１４は入射スリット、１６は円錐型静電レンズ、１８はサンプルを示す。
【００２３】
本実施形態の電子分光装置は、図２に示すように電子増倍壁１の電子の入射部とする外周側の前段に回転中心軸に対して回転対称な外側電極１２と内側電極１３からなるトロイダル型分光器が配置され、電子増倍壁１の外周縁でトロイダル型分光器からの入射電子線ＥＢを取り込む。
【００２４】
したがって、出射スリットを省略することができ、トロイダル型分光器では、外側電極１２と内側電極１３に異なる電位を与えて電極間に電場を形成し、出射スリットとする電子増倍壁１の外周縁で形成する円錐筒面を各エネルギーの分散面として、電子増倍壁１のそれぞれの側壁面により囲まれた空間を通して、入射電子線ＥＢを増倍しコレクタ電極２で多重検出を行う。
【００２５】
図３はコレクタ電極が配置される電子出射部の拡大図であり、図３に示すようにエネルギー分散された電子を捕捉して検出信号として取り出すコレクタ電極２は、電子増倍壁１の内周縁に形成される金属コーティングされた金属電極３との絶縁をするため、絶縁体１０がコレクタ電極２と金属電極３との間に配置される。これらコレクタ電極２、金属電極３、絶縁体１０はそれぞれ環状に形成されるので、上記のようにコレクタ電極２に電圧を印加し信号を取り出す配線、及び金属電極を電気的に一体に接続して電子増倍用高電圧６に接続する配線の位置は、環状部において任意の１箇所を選べばよい。
【００２６】
図４は各エネルギーの分散面と電子増倍器の構成例を示す図である。トロイダル型分光器からの電子の出射角度に対して、直角となる面が各エネルギーの分散面となる。図１、図２に示すようにトロイダル型分光器からの電子の出射角度が水平よりも下方に向いていると、各エネルギーの分散面は円錐面となり、これが、電子増倍器の入射部となる電子増倍壁１の外周側からそれぞれの壁面により囲まれた空間に入射する角度（入射面）となる。
【００２７】
トロイダル型分光器から出射された電子が電子増倍壁１の壁面に入射する角度αは、高い電子増倍効率を示すのが１０°前後とされ、この入射角を実現する電子増倍壁１は、図１、図２に示すように円錐の側面形状（すり鉢の側面形状）になるが、図４（Ａ）示すように逆さの円錐の側面形状でもよい。
【００２８】
高い電子増倍効率を示す角度１０°をトロイダル型分光器から出射する電子の水平との角度θと一致させて電子増倍壁１への入射角とすると、図４（Ｂ）に示すように電子増倍壁１は、ドーナツ板形状の平板でも構成することができる（点線は円錐の場合）。上記いずれの場合においても、電子増倍壁１の１枚１枚は、エネルギーの分散面の角度に対応して外周径、内周径の異なったものを積層しないと、同じ長さを有する電子増倍器を構成することができない。
【００２９】
これらに対し、図４（Ｃ）に示すようにトロイダル型分光器からの電子の出射角度を０°、つまり回転中心軸と直角になるようにした場合には、各エネルギーの分散面は円筒（円柱）面となるので、電子増倍壁１への入射角、例えば１０°が電子増倍壁１そのものの傾き角になり、しかも、下向きにしても上向きの逆さにしても全く同じサイズ、形状の電子増倍壁１を複数段に積層配置することで、電子増倍器を作ることができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、トロイダル型分光器からエネルギー分散された電子が電子増倍器に入射する角度を１０°にする構成で説明したが、勿論、所望の電子増倍効果が期待できる許容範囲の角度を任意に選択、設定することができることはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器によりエネルギー分散された電子の多重検出を行う電子増倍器及び電子分光装置は、電子増倍壁として、円板乃至円錐の側面形状をし中心部をくり抜いた絶縁体の側壁に二次電子放出率が高く且つ抵抗値の高い物質をコーティングして所定間隔を保持して複数段に積層配置すると共に、電子増倍壁の外周側と中心部の内周側との間に電子増倍用高電圧を印加して、外周側をトロイダル型分光器からの入射部としてくり抜いた中心部のそれぞれの間に環状の電子検出器を配置したので、円柱乃至円錐の側面上にエネルギー分散を有するトロイダル型分光器にたいしても多重検出が可能になり、しかも３６０°の信号を取り込むことができるので、高い検出感度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子増倍器の実施の形態を示す図である。
【図２】回転中心軸に対して回転対称な外側電極と内側電極からなるトロイダル型分光器と電子増倍器とを組み合わせた本発明に係る電子分光装置の実施の形態を示す図である。
【図３】コレクタ電極が配置される電子出射部の拡大図である。
【図４】各エネルギーの分散面と電子増倍器の構成例を示す図である。
【図５】トロイダル型分光器を使った電子分光装置の従来例を示す図である。
【図６】トロイダル型分光器によるエネルギー分散の例を示す図である。
【図７】トランザキシャルレンズを使った多重検出の例を示す図である。
【符号の説明】
１…電子増倍壁、２…コレクタ電極、３…金属電極、４…固定軸、５…プリアンプ、６…電子増倍用高電圧、７…バイアス電圧生成用ツェナーダイオード、８…アナライザ側高電圧、ＥＢ…入射電子線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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