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IR/Raman
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赤外MAIRS自動分析アクセサリ
サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社 IR/Raman 営業部
編集発行 ： マーケティング部

M07007
Key Words

はじめにzω (CH2): LO

y FT-IRMAIRS（メアーズ:多角入射分解分光法）は、東京工業大学

y MAIRS長谷川健先生が考案した「仮想光」理論に基づく全く新しい
薄膜分析手法1)である。MAIRSの測定手法を用いると、従来y 赤外y 薄膜
y 表面分析
y 分子配向赤外線透過基板と金属基板の二種類の基板を用い、透過法と反射吸収法で二回の測定を行わなければ得ることのできなかった薄膜の面内スペクトルと面外スペクトルを、一枚の赤外線透過基板を用いた透過測定により同時に取得することができる。
サーモフィッシャーサイエンティフィックでは、MAIRSスペクト

HHx-yν s (CH2): TO
δ(CH2)

明瞭な相補関係

molecular axis OO

LOTOν s (COO -)図3 透過法およびRA法による分析結果2)

ルを取得するための「サンプル測定」および、測定したスペクトルから面内スペクトルおよび面外スペクトルを取得するための「行列計算」を「自動的に実行」するアクセサリを開発した。

MAIRS法

従来の分光配向解析法

MAIRS法は、仮想的な縦波光計測を可能にする方法である。
MAIRSの手法を用いることにより、面外、面内振動ともに透過分光法として扱うことができる。図4において面内振動は通従来の一般的な分子配向解析では、赤外透明基板上に吸着させた薄膜試料と、金属基板上に吸着させた薄膜試料という二種類の試料を用意し、図1の透過分光法と図2の反射吸収（RA）法という異なる二種類の測定によって得られる二常の透過測定によって得られるが、面外振動は通常の透過測定では得ることはできない。
面内振動つのスペクトルが必要となる。
sIP

sIP
面外振動

縦波光sOP

赤外透過性基板

図1 透過分光法

sOP

図4 面内振動および仮想的な縦波による面外振動

MAIRSでは、仮想的な縦波計測を実現するために薄膜試料を吸着させた赤外透明基板を赤外光に対して傾けて配置し、複数の入射角で透過分光測定を行う。

p- 偏光

赤外反射性基板

図2 反射吸収(RA)法
図3に、透過分光法および反射吸収法で測定したスペクトルの例を示す。分子配向の違いによる面内と面外での相補的な吸収の違いを見て取ることができる。
しかし、従来の分子配向解析法には、z 透過法とRA法は異なる基板を使う必要があり、基板の違いが薄膜の構造に影響を与え、解析できないケースが多い。
z 配向を定量的に計算するには、バンドごとに詳細な光学定数（複素屈折率）が必要。という問題点と限界がある。

図5で偏光していない通常の赤外光を入射角θで試料に入射したとき、赤外光はS方向（紙面に垂直な方向）の偏光成分とそれに直行するP方向の偏光成分に分解して考えることができる。S方向の電場ES は赤外光の入射角θに関わらず常に薄膜の面内方向に振動する。
これに対して90°方向に偏光している電場EP は、入射角に依存して薄膜の面内方向に振動する成分 EPcosθと面外方向に振動する成分 EP sinθ成分に分解できる。EP sinθは赤外光の進行方向に進む時、薄膜試料を斜めに横切って行く 。
このため EPsinθが薄膜を横切っている間、薄膜に平行な仮想的な電場 EP sinθtanθと、薄膜に垂直な仮想的な電場
EPtanθを生じる。従って面内モードで薄膜と相互作用を行う電場は ES+EPcosθ+EPsinθtanθ、面外モードで薄膜と相互作用を行う電場は EPtanθとなる。

PScosθEPsinθ

θ
sinθtanθtanθ

図5 横波および仮想的な縦波

M07007
この結果得られたシングルビームスペクトルS obs は、面内モードのシングルビームスペクトル SIP と面外モードのシング
ルビームスペクトル SOP が 1+cos2θ+sin2θtan2θ: tan2θで混合されたものと考えることができる。ここで、複数の異なる入射角θのシングルビームスペクトルに対して回帰行列演算を行うことにより面内、面外スペクトルが得られる（図6）。

図8 MAIRSソフトウェア画面

サーモフィッシャー
サイエンティフィック株式会社
IR/Raman営業部

測定手順
以下に赤外MAIRS測定アクセサリを使用した測定手順を示す。赤外MAIRS測定アクセサリでは、このような簡単な手順で薄膜の面内、面外スペクトルの測定を行うことができる。
赤外透明基板を電動回転ステージのサンプルホルダに固定する。
BKG測定ボタンを選択する。

1.
MAIRS演算

各入射角の透過測定⎛sobs1⎞ ⎛ rIP1 rOP1⎞⎜⎟ ⎜⎟sobs2⎟ ⎜ rIP2 rOP2⎟⎛ sIP ⎞=S≅⎜⎜ ⎟ + NLR
⎜ • ⎟ ⎜•• ⎟⎝sOP ⎠⎜⎟ ⎜⎟• ⎠⎝ • ⎠ ⎝•IPスペクトル

2.

大阪支店
06-6863-1552
E-mailinfo-jp@thermo.com

薄膜を吸着させた赤外透明基板を電動回転ステージのサンプルホルダに固定する。
サンプル測定ボタンを選択する。
MAIRS演算ボタンを選択する。
試料の面内スペクトルおよび面外スペクトルが、OMNIC

3.
OPスペクトル

図6 MAIRS演算

横浜本社045-453-9210

4.
5.
6.

ウィンドウに表示される。

2083
0.015o2077

内および面外スペクトルを得ることができる。
赤外MAIRSアクセサリは、図7の電動回転ステージおよび
図8 に示すソフトウェアにより構成されている。

スペクトルに特異的に現れている。また、面内スペクトルとの比から，簡単に配向角が膜法線から 5°であると結論できる。

0.005
OP

020 x IP

2150

2083のスペクトルを得るためには、複数の入射角での透過測定を行い、複雑な回帰行列計算を行う必要がある。今回開発した赤外MAIRSアクセサリは、複数の入射角での透過測定およびMAIRS演算を自動的に行い、簡単に薄膜試料の面2071

MAIRS法は非常に画期的かつ有益な分析手法だが、目的

図9に水素終端化処理を行ったSiウェーハの測定例を示す。
このスペクトルでは Si-H伸縮振動バンド（2083cm-1）が面外Absorbance

赤外MAIRSアクセサリ

2100
2050
Wavenumber / cm -1

5°

2000
SiSiSi

図9

水素終端化処理を行ったSi ウェーハの面内および面外スペクトル3)

www.thermofisher.co.jp(日本)

www.thermo.com(グローバル)

参考文献

図7 電動回転ステージ

1. Takeshi Hasegawa : J. Phys. Chem. B, 106 (16) 41124115 (2002).
2. J. Umemura, T.Kamata, T.Kawai and T.Takenaka :J. Phys. Chem., 94, 62 (1990).
3. H.Kakuda, T.Hasegawa, T.Tanaka. K.Tanaka andM.Shionoya : Chem. Phys. Lett. 415, 172-175 (2005).

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