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JPH0615391Y2 - Charged particle moderator - Google Patents

Charged particle moderator

Info

Publication number
JPH0615391Y2
JPH0615391Y2 JP10748787U JP10748787U JPH0615391Y2 JP H0615391 Y2 JPH0615391 Y2 JP H0615391Y2 JP 10748787 U JP10748787 U JP 10748787U JP 10748787 U JP10748787 U JP 10748787U JP H0615391 Y2 JPH0615391 Y2 JP H0615391Y2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
proton
electrode
energy
electrodes
divergence
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP10748787U
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6412369U (en
Inventor
修一 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP10748787U priority Critical patent/JPH0615391Y2/en
Publication of JPS6412369U publication Critical patent/JPS6412369U/ja
Application granted granted Critical
Publication of JPH0615391Y2 publication Critical patent/JPH0615391Y2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 (ア)技術分野 この考案は、表面解析装置の減速管の構造の改良に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Technical Field The present invention relates to an improvement in the structure of a deceleration pipe of a surface analysis device.

表面解析装置というのは、高真空中に於て、加速された
陽子ビームを試料に照射し、試料原子との衝突により散
乱された陽子ビームを減速させ、陽子ビームのエネルギ
ースペクトルを測定する事により、試料表面に存在する
元素が何であり、その割合いが如何ほどであるかを解析
する装置のことである。
The surface analysis device is to measure the energy spectrum of the proton beam by irradiating the sample with the accelerated proton beam in a high vacuum, decelerating the proton beam scattered by the collision with the sample atoms. A device that analyzes what elements are present on the surface of a sample and what their proportion is.

この装置に減速管を使う。これは、通常の荷電粒子の減
速とは、少し異なつた条件にある。表面解析装置の構造
に起因するものである。
Use a speed reducer for this device. This is a condition slightly different from the normal deceleration of charged particles. This is due to the structure of the surface analysis device.

試料の内部の結晶構造はX線回折によつて分る。The crystal structure inside the sample is known by X-ray diffraction.

試料の表面近くの結晶構造は電子線回折などによつて調
べる事ができる。
The crystal structure near the surface of the sample can be examined by electron diffraction or the like.

しかし、いずれの方法も、試料の一原子層又は二原子層
といつた表面に於ける元素の分布などが分らない。
However, in any of the methods, the distribution of elements on the monoatomic layer or diatomic layer of the sample and the surface thereof cannot be known.

本考案者達は、表面に存在する元素量を測定する方法と
して、陽子エネルギー損失スペクトル分析法(Proton En
ergy Loss Spectroscopy:PELS)である。
The present inventors have used a proton energy loss spectrum analysis method (Proton Entropy method) as a method for measuring the amount of elements existing on the surface.
Energy Loss Spectroscopy (PELS).

(イ)PELSの原理 新しい測定技術であるから、原理を簡単に説明する。(B) Principle of PELS Since this is a new measurement technology, the principle will be briefly explained.

第3図に於て、質量Mの原子が静止している。これに対
して、質量mの陽子が速度Uで接近し、原子Mによつて
散乱され、速度Vで角Θの方向へ飛ぶものとする。原子
Mの方は速度Wで角Φの方向へ跳ばされるものとする。
運動量保存則から mU=mVcosΘ+MWcosΦ(1) 0=mVsinΘ−MWsinΦ(2) が成りたつ。
In FIG. 3, the atom of mass M is stationary. On the other hand, it is assumed that a proton of mass m approaches at velocity U, is scattered by atom M, and flies at velocity V in the direction of angle Θ. It is assumed that the atom M is jumped at the velocity W in the direction of the angle Φ.
From the law of conservation of momentum, mU = mV cos Θ + MW cos Φ (1) 0 = mV sin Θ−MW sin Φ (2).

完全弾性衝突するとして、エネルギー保存則 が成立する。Energy conservation law assuming complete elastic collision Is established.

(1)〜(3)からWを消去すると (Γ+1)V−2UcosΘV−(Γ−1)U=0
(4) となる。ここから、 となる。
When W is eliminated from (1) to (3), (Γ + 1) V 2 −2U cos ΘV− (Γ−1) U 2 = 0
(4) from here, Becomes

但し とした。(5)に於て、負符号は(π−Θ)に向う散乱を
示している。Θに向う散乱としては正符号のみをとるの
が正しい。
However And In (5), the negative sign indicates the scattering toward (π−Θ). It is correct to take only the positive sign for the scattering toward Θ.

陽子は散乱によつてエネルギーを失う。散乱角が同一で
あれば、相手の原子が軽いほどエネルギー損失が大き
い。これにより、相手の原子が何であるかが分る。
Protons lose energy due to scattering. If the scattering angles are the same, the lighter the other atom, the larger the energy loss. This tells what the other atom is.

陽子の最初の運動エネルギーをE0とすると、 である。衝突後のエネルギーをE1とする。これはE0より
必ず小さい。この比を減衰係数Kという。
If the initial kinetic energy of the proton is E 0 , Is. The energy after the collision is E 1 . This is always less than E 0 . This ratio is called the damping coefficient K.

E1=KE0(8) である。E 1 = KE 0 (8) Is.

Θが変数なのではなく、Γが変数である。Θは実験装置
によつて一定となる。
Θ is not a variable, but Γ is a variable. Θ becomes constant depending on the experimental device.

本考案者等は、最初低散乱角(Θ0)の装置を開発し
た。例えば、特開昭59-180945号公報(S59.10.15公
開)、特開昭61-151958号公報(S61.7.10公開)は低散乱
角のPELS装置を開示している。
The inventors initially developed a low scattering angle (Θ0) device. For example, JP-A-59-180945 (published on S59.10.15) and JP-A-61-151958 (published on S61.7.10) disclose PELS devices having a low scattering angle.

しかし、低散乱角のものは、第12図に示すように、表面
の凹凸の影響を受けやすいという難点がある。一回散乱
の他に二回散乱が起ることもある。
However, low scattering angles have a drawback that they are easily affected by surface irregularities, as shown in FIG. In addition to once scattering, twice scattering may occur.

また、低散乱角の場合、(9)式から分るようにΓによる
Kの差が少なく、分解能が低いという欠点がある。
Further, in the case of a low scattering angle, there is a drawback that the difference in K due to Γ is small and the resolution is low as can be seen from the equation (9).

PELSの原理は、(9)式に端的に示されているが、これは
一回散乱による減衰である。多重散乱してはならないの
である。
The principle of PELS is shown directly in Eq. (9), which is the attenuation due to single scattering. It should not be multiply scattered.

低散乱角を選んだのは、イールド(yield)が高いという
理由による。第13図に、Au、Siからの散乱角Θとイール
ドの関係を示す。
The low scattering angle was chosen because of the high yield. Figure 13 shows the relationship between the scattering angle Θ from Au and Si and the yield.

イールドの相対比は、幾何学的な関係によつて決まり、
原子の物性によらない。
The relative ratio of yield is determined by the geometrical relationship,
It does not depend on the physical properties of the atom.

この図から、Θ=180°(π)に於てもイールドが極大
になる事が分る。
From this figure, it can be seen that the yield reaches its maximum even at Θ = 180 ° (π).

さらにΘ=πであれば、(9)式から、Γに関して分解能
が最も高くなりうるという事が分る。
Furthermore, if Θ = π, it can be seen from Equation (9) that the resolution can be highest with respect to Γ.

この時、減衰係数Kは、(9)でΘ=πとおいて となる。Γは原子Mと陽子mの質量の比である。原子質
量単位1uと陽子質量mは僅かに違うが、これをほぼ同
じとみなすとΓは質量数と呼ぶことができる。
At this time, the attenuation coefficient K is set to Θ = π in (9). Becomes Γ is the mass ratio of atom M and proton m. The atomic mass unit 1u and the proton mass m are slightly different, but if they are regarded as almost the same, Γ can be called a mass number.

ある元素を特定すれば、Γを決定でき、Kが求まる。例
を挙げる。
If a certain element is specified, Γ can be determined and K can be obtained. Here's an example.

Alの場合 Γ=26.98 K=0.8621 Gaの場合 Γ=69.72 K=0.94422 Asの場合 Γ=74.9 K=0.94799 である。全ての元素についてKを計算するのは容易であ
る。
In the case of Al Γ = 26.98 K = 0.8621 In the case of Ga Γ = 69.72 K = 0.94422 As In the case of Γ = 74.9 K = 0.94799. It is easy to calculate K for all elements.

つまり、陽子の最終的な運動エネルギーE1を測定すれ
ば、E0との比からKが分る。そしてΓが分り、陽子が散
乱された相手の原子が分る。
That is, if the final kinetic energy E 1 of the proton is measured, K can be found from the ratio with E 0 . Then, Γ is known, and the atom with which the proton is scattered is known.

すると、エネルギースペクトルから、その原子の存在量
が分るわけである。
Then, the abundance of the atom can be known from the energy spectrum.

多くの場合、E0は100keV程度とする。In most cases, E 0 is about 100 keV.

PELSの原理はこのように簡単である。The PELS principle is thus simple.

このような測定が可能であるためには、陽子が一回だけ
散乱される事が必要である。
Protons need to be scattered only once to be able to make such measurements.

また、E1を直接測定するかわりに、エネルギーロスΔE
=(1−K)E0を測定する事もできる。陽子エネルギー
ロスの分布を測定することから、PELSの名前があるわけ
である。
Instead of measuring E 1 directly, the energy loss ΔE
= (1-K) E 0 can also be measured. PELS is named because it measures the distribution of proton energy loss.

(ウ)シヤドウコーンによる深さ分析 第4図に示すように、重い原子Mに陽子mが衝突し散乱
されると、前方に陽子が到達しえない部分が生ずる。こ
れをシヤドウコーンといつている。
(C) Depth analysis by shear dough cone As shown in FIG. 4, when the proton m collides with and is scattered by the heavy atom M, a part where the proton cannot reach is generated. When this is called Shed corn.

原子Mの遠くを通る陽子は殆んど散乱されず、近くを通
る陽子は散乱されやすい。このためシヤドウコーンがで
きる。
Protons passing far away from the atom M are hardly scattered, and protons passing near are easily scattered. Because of this, shed corn is produced.

陽子の進行方向をx軸とし、これに直角な方向をy軸と
する。
The traveling direction of the proton is the x-axis, and the direction perpendicular to this is the y-axis.

原子と陽子の間に働く斥力がクーロン力であるとすれ
ば、シヤドウコーンの式は、 によつて与えられる。eは電荷素量、zは陽子の電荷、
Zは原子の電荷(eを単位として)である。
If the repulsive force acting between the atom and the proton is the Coulomb force, the Sheadow-Corn equation becomes Given by. e is the elementary charge, z is the charge of the proton,
Z is the charge of the atom (in units of e).

シヤドウコーンを巧みに利用すると、試料の一層目がど
の原子で構成されているか?という事が分る。
Which atoms make up the first layer of the sample when the sheared corn is cleverly used? I understand that.

第5図に於て、GaAs試料の表面に陽子ビームを垂直入射
させたとする。Gaによつても、Asによつても散乱される
ので、第6図に示すように、エネルギー損失分布につい
て、2つのピークが生ずる。
In FIG. 5, it is assumed that the proton beam is vertically incident on the surface of the GaAs sample. Since it is scattered by both Ga and As, there are two peaks in the energy loss distribution as shown in FIG.

次に、第7図に示すように、陽子ビームを斜入射させ
る。そして、第2層目の原子が、第1層目の原子の作る
シヤドウコーンに入るようにする。この場合、陽子エネ
ルギー損失分布に於て、第1層目の原子に対応するもの
だけが現われる。第8図に示すとおり、Gaのピークだけ
が現われる。これらの結果から、試料の第1層目がGaで
あることが分る。
Next, as shown in FIG. 7, a proton beam is obliquely incident. Then, the atoms of the second layer are allowed to enter the shear cone formed by the atoms of the first layer. In this case, only those corresponding to the atoms of the first layer appear in the proton energy loss distribution. As shown in FIG. 8, only the Ga peak appears. From these results, it can be seen that the first layer of the sample is Ga.

(エ)電子衝突を利用した深さ分析 陽子ビームが試料の中へ入ると、電子との衝突によつて
も、陽子はエネルギーを失う。電子衝突によるエネルギ
ーロスは試料の中を走行する距離に比例している。
(D) Depth analysis using electron collision When the proton beam enters the sample, the proton loses energy even by collision with the electron. Energy loss due to electron collision is proportional to the distance traveled in the sample.

第9図によつて説明する。This will be described with reference to FIG.

表層と角θ/2をなす陽子ビームがある。これらが第1層
のJ点で散乱されて、θ/2の方向に散乱される場合と第
2層のG点で散乱される場合について、エネルギーロス
の差異がある。エネルギーロス差は である。dは層間距離、Sは電子の阻止能である。θが
小さいほどΔFが大きい。θ=πであつても、例えばd
=5.6Å、S=10eV/Åとすると、ΔF=112eVとなる。
There is a proton beam that makes an angle θ / 2 with the surface. There is a difference in energy loss between the case where they are scattered at point J of the first layer and scattered in the direction of θ / 2 and the case where they are scattered at point G of the second layer. Energy loss difference Is. d is the interlayer distance, and S is the electron stopping power. The smaller θ is, the larger ΔF is. Even if θ = π, for example, d
= 5.6Å and S = 10eV / Å, ΔF = 112eV.

垂直入射(θ=π)であつても、1層目と2層目の散乱
陽子のエネルギーが約100eV程度異なる。これは、散乱
の主体である原子Mが同一であつても、1層目と2層目
で異なつたエネルギーロスになるという事である。
Even at normal incidence (θ = π), the energies of the scattered protons in the first and second layers differ by about 100 eV. This means that even if the atom M, which is the main body of scattering, is the same, the energy loss differs between the first layer and the second layer.

θを十分に小さくし、ΔFを大きくすれば、1層目での
異種原子、2層目での異種原子からの陽子散乱を識別す
ることができる。
If θ is sufficiently small and ΔF is large, it is possible to identify the proton scattering from the different atoms in the first layer and the different atoms in the second layer.

(オ)測定装置の概要 第10図に、散乱角Θが180°である場合の、従来のPELS
測定装置の概要を示している。
(E) Outline of measuring device Figure 10 shows the conventional PELS when the scattering angle Θ is 180 °.
The outline of a measuring device is shown.

イオン源Aから引出された陽子イオンビームは、マグネ
ツトBによつて質量分析される。1価の陽子イオンのみ
が選ばれて、加速管Cへ入り加速される。
The proton ion beam extracted from the ion source A is mass-analyzed by the magnet B. Only monovalent proton ions are selected and enter the accelerating tube C for acceleration.

引出しのエネルギーEexと、加速管Cでの加速エネルギ
ーEaccの和である運動エネルギーE0を持つようになり、
このエネルギーで試料Σに当たる。
It has a kinetic energy E 0 that is the sum of the drawing energy Eex and the acceleration energy Eacc in the acceleration tube C,
This energy hits the sample Σ.

試料Σの表面原子により陽子が散乱される。Θ=πの散
乱角のもののみが加速管を逆に走る。Θ≠πのものはチ
ヤンバ壁に衝突し、イオンから中性分子H2に戻り、排気
される。
Protons are scattered by the surface atoms of the sample Σ. Only those with a scattering angle of Θ = π run backwards through the accelerating tube. Those with Θ ≠ π collide with the chamber wall, return from the ion to the neutral molecule H 2 , and are exhausted.

Θ=πのものは加速管を逆に走るから、減速される。つ
まり、こんどは減速管として働らく。
Those with Θ = π run through the accelerating tube in the opposite direction, so they are decelerated. In other words, this time it works as a speed reducer.

減速のエネルギーEdecは、加速エネルギーEaccに等し
い。
The deceleration energy Edec is equal to the acceleration energy Eacc.

Eacc=Edec(13) 同一の加速管C、減速管Dで陽子ビームを加速し、減速
できるのが、Θ=πの場合の優れて有利な点である。
Eacc = Edec (13) It is an excellent advantage when Θ = π that the proton beam can be accelerated and decelerated by the same accelerating tube C and decelerating tube D.

減速された陽子ビームはマグネツトEで直角に曲げら
れ、マグネツトFでさらに直角に曲げられる。そして、
陽子はアナライザーGに斜入射する。
The decelerated proton beam is bent at a right angle by the magnet E and further bent at a right angle by the magnet F. And
The protons are obliquely incident on the analyzer G.

マグネツトE、Fの2つのマグネツトが要るのは、陽子
ビームエネルギーは、散乱損失ΔEによるバラツキがあ
り、これを一点に収束させるためである。
The two magnets of the magnets E and F are necessary because the proton beam energy has a variation due to the scattering loss ΔE and is converged to one point.

一点に収束された陽子ビームは、アナライザーGで、エ
ネルギーが検出される。
The energy of the proton beam focused on one point is detected by the analyzer G.

アナライザーの極板の間には電圧V0がかかつている。ス
リツトから入つた陽子は、放物線を描いて、マイクロチ
ヤンネルプレートHのいずれかのチヤンネルに入る。ど
のチヤンネルに入つたかということで、スリツトから降
下した位置までの距離Lが分る。これから、入射した時
の陽子の運動エネルギーが分る。
There is a voltage V 0 across the plates of the analyzer. The protons entering from the slit draw a parabola and enter one of the channels of the microchannel plate H. The distance L from the slit to the position where you descended is known depending on which channel you entered. From this, the kinetic energy of the proton when it is incident is known.

陽子の運動エネルギーが大きければ大きいほど、アナラ
イザーG内での飛程Lが大きくなる。
The greater the kinetic energy of the proton, the greater the range L in the analyzer G.

アナライザーGのスリツトに入射した時の陽子の運動エ
ネルギーをEa、入射した時の陽子ビームと平行電極との
なす角をΨ、平行電極距離をh、極板間静電圧をV0とす
ると、 である。飛程Lの分布から、陽子エネルギーEaの分布が
分る。つまり、陽子のエネルギー分布を測定することが
できる。
Let Ea be the kinetic energy of the proton when it enters the slit of the analyzer G, Ψ is the angle between the proton beam and the parallel electrode when it is incident, h is the parallel electrode distance, and V 0 is the electrostatic voltage between the electrodes. Is. From the distribution of range L, the distribution of proton energy Ea is known. That is, the energy distribution of protons can be measured.

第10図の装置は全て高真空中にある。特に試料Σのある
部分は超高真空でなければならない。真空でなければ、
陽子が気体分子に衝突し、これによつてエネルギー損失
を生じ、試料Σによる散乱損失ΔEを知る事ができない
ようになるからである。
The device of Figure 10 is all in a high vacuum. Especially, a part of the sample Σ must be in an ultrahigh vacuum. If not vacuum
This is because the protons collide with the gas molecules, which causes energy loss, and the scattering loss ΔE due to the sample Σ cannot be known.

簡単のため第10図に於て真空チヤンバ、真空排気装置の
図示を省略している。
For simplicity, the vacuum chamber and the vacuum exhaust device are not shown in FIG.

(カ)陽子のエネルギー変化 第11図によつて陽子のエネルギー変化を説明する。(F) Proton energy change Figure 11 explains the proton energy change.

左から右へ陽子の位置が移動する。これはポテンシヤル
エネルギーを表現している。
The position of the proton moves from left to right. This represents potent energy.

イオン源での陽子のイオン引出し電圧がVexである。陽
子電荷をqとすると、これによるポテンシヤルエネルギ
ーがqVexである。イオン源が出た時は、これだけのエネ
ルギーが運動エネルギーになつている。
The proton extraction voltage of the ion source is Vex. If the proton charge is q, the potential energy due to this is qVex. When the ion source comes out, this much energy becomes kinetic energy.

加速管Cでの加速電圧がVaccである。加速管を出て、試
料Σに当る直前の運動エネルギーはq(Vex+Vacc)とな
る。これがE0である。約100keV程度である。
The acceleration voltage at the acceleration tube C is Vacc. The kinetic energy just before leaving the accelerating tube and hitting the sample Σ becomes q (Vex + Vacc). This is E 0 . It is about 100 keV.

陽子ビームが試料に当たり散乱される。散乱によるエネ
ルギー損失をΔEとする。
The proton beam hits the sample and is scattered. The energy loss due to scattering is ΔE.

次に、加速管を逆行してゆき、qVaccに等しい運動エネ
ルギーを失う。
Next, it goes backwards through the accelerating tube and loses kinetic energy equal to qVacc.

アナライザーGに入つた時の運動エネルギーEaは Ea=qV−ΔE(15) である。ここでV0は引出し電圧Vexに等しい。エネルギ
ー損失が0であると仮定した時のアナライザーGへの入
射エネルギーという事もできる。
The kinetic energy Ea when entering the analyzer G is Ea = qV 0 −ΔE (15). Here, V 0 is equal to the extraction voltage Vex. It can be said that the energy is incident on the analyzer G when the energy loss is assumed to be zero.

Eaは0.5keV程度とし、散乱陽子エネルギーEs Es=q(Vex+Vacc)−ΔE(16) を100keV程度とする。Ea is set to about 0.5 keV, and scattered proton energy Es Es = q (Vex + Vacc) −ΔE (16) is set to about 100 keV.

Eaは本来、変数のはずである。しかし、対象となる原子
を予め決めておき、これに対するEaが0.5keV程度になる
ようにVaccを決定するのである。
Ea should originally be a variable. However, the target atom is determined in advance, and Vacc is determined so that Ea for this atom is about 0.5 keV.

(キ)PELS装置の全体 第14図はPELS装置の全体の概略斜視図である。(G) Entire PELS device FIG. 14 is a schematic perspective view of the entire PELS device.

イオン源から出た陽子ビームは、アインツエルレンズで
集束され、マグネツトで曲げられ、加減速管で加速され
る。
The proton beam emitted from the ion source is focused by the Einzel lens, bent by the magnet, and accelerated by the acceleration / deceleration tube.

超高真空チヤンバの中に試料がセツトされている。試料
はマニユピレータによつて操作する事ができる。
The sample is set in the ultra-high vacuum chamber. The sample can be manipulated by a manipulator.

加速された陽子ビームはQレンズで絞られて、超高真空
チヤンバ内の試料に当たる。
The accelerated proton beam is focused by the Q lens and hits the sample in the ultra-high vacuum chamber.

試料面で散乱された陽子の内、Θ=180°のものが超高
真空チヤンバから出てゆき、減速される。これが、マグ
ネツト1、2によつて180°曲げられアナライザーに入
る。ここで、エネルギーロスΔEが測定される。
Of the protons scattered on the sample surface, those with Θ = 180 ° emerge from the ultra-high vacuum chamber and are decelerated. This is bent 180 ° by the magnets 1 and 2 and enters the analyzer. Here, the energy loss ΔE is measured.

(ク)従来技術 以上で、PELS装置の概略を説明した。(H) Conventional Technology The outline of the PELS device has been described above.

本考案は、PELS装置の減速管の構造に関する。The present invention relates to the structure of a speed reducer of a PELS device.

加速管としての機能と減速管としての機能を、加減速管
が持つている。散乱角Θが180°の場合、入射陽子と、
散乱陽子の経路が同一で反対向きになるだけだからであ
る。
The acceleration / deceleration tube has the function as an acceleration tube and the function as a deceleration tube. When the scattering angle Θ is 180 °, the incident proton and
This is because the paths of scattered protons are the same and opposite.

本考案は減速管としての改良に関するが、加速にも利用
できるので、これを加減速管として用いてもよいのは勿
論である。
Although the present invention relates to an improvement as a deceleration pipe, it can also be used as an acceleration / deceleration pipe because it can be used for acceleration.

減速というのは、例えば100keVの運動エネルギーを持つ
陽子を、0.5keVの運動エネルギーの陽子に減速する、と
いう事である。
Decelerating means decelerating a proton having a kinetic energy of 100 keV to a proton having a kinetic energy of 0.5 keV.

この場合、減速管の出射ビームがあまり拡がりすぎな
い、という事が重要である。入射ビームと出射ビームの
拡がりがほぼ同等である、というのが望ましい。
In this case, it is important that the beam emitted from the moderator tube does not spread too much. It is desirable that the divergence of the incident beam and the outgoing beam be approximately the same.

出射ビームは、マグネツトなどによつて曲げられ静電ア
ナライザーに入り、運動エネルギーが測定される。アナ
ライザーでは、陽子の飛程とエネルギーとを対応させ
る。
The emitted beam is bent by a magnet or the like and enters the electrostatic analyzer, and the kinetic energy is measured. The analyzer correlates the range of protons with the energy.

もしも、ビームの拡がりが大きいと、陽子飛程の測定に
誤差が多く含まれる。測定が不正確になる。
If the beam divergence is large, there will be many errors in the measurement of proton range. Inaccurate measurements.

もしも、ビームの拡がりが大きいと、オリフイス、マグ
ネツト等に衝突することによつて、十分な輸送効率yiel
dをかせぐことができない。(検出部では、H+は10cps
程度しか得られないと思われるので輸送効率の向上は不
可欠) さらに、加速管でのビームの発散よりも、減速管でのビ
ームの発散の方が扱い難い。また、減速管に於けるビー
ムの方が発散しやすい。
If the divergence of the beam is large, it will collide with an orifice, magnet, etc.
I can't earn d. (In the detector, H + is 10 cps
It is indispensable to improve the transport efficiency because it seems that only a certain degree can be obtained.) Furthermore, the beam divergence in the deceleration tube is more difficult to handle than the beam divergence in the accelerator tube. Further, the beam in the deceleration tube is more likely to diverge.

それゆえ、本考案では、減速管でのビームの拡がりを問
題とする。
Therefore, in the present invention, the divergence of the beam in the speed reducer is a problem.

しかし、従来、減速管でビーム拡がりを問題にした文献
はない。加速管のように、減速管が頻用されないからで
あろう。
However, conventionally, there is no document in which the beam divergence has been a problem in the moderator tube. This is because the deceleration tube is not frequently used like the acceleration tube.

荷電粒子を加速する装置は多くある。これらは加速し
て、対象に当てる事が多い。対象からの散乱を調べる事
は多いが、これを減速してから調べるという事は(PELS
を除いて)なかつた。
There are many devices that accelerate charged particles. These often accelerate and hit the target. There are many cases of investigating scattering from the target, but it is (PELS
Except)

このため、減速管での発散が問題にならなかつたものと
思われる。
For this reason, it seems that divergence in the speed reducer has not been a problem.

特開昭61-124099号公報(S61.6.11公開)は、イオン注入
用加速管に於いて、加速ビームの発散を抑え、収束ビー
ムを得るように電極の形状を工夫したものである。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 61-124099 (S61.6.11) discloses an ion implantation accelerating tube in which the shape of the electrode is devised so as to suppress the divergence of the accelerating beam and obtain a focused beam.

イオン注入は、Siウエハにn型不純物やp型不純分(B
など)を数十keV〜数百keVのエネルギーで注入するもの
である。加速したものをウエハに打ち込む。打ちこむか
ら加速しなければならない。
Ion implantation is performed on a Si wafer by using n-type impurities and p-type impurities (B
Etc.) is injected at an energy of several tens keV to several hundred keV. The accelerated one is driven into the wafer. You have to accelerate because you hit.

加速電極は、イオンの進行方向に対して凹型に彎曲した
板状の電極と、凹レンズのように中央が薄く側周で厚い
電極とを並べてなる。
The accelerating electrode is composed of a plate-shaped electrode curved in a concave shape with respect to the traveling direction of ions, and an electrode having a thin center and a thick side circumference like a concave lens.

このようにすると、等電位面が進行方向に向かつて凹と
なり、加速ビームは等電位面に対して直角になろうとす
るので、ビームが収束される。
In this case, the equipotential surface becomes concave toward the traveling direction, and the accelerating beam tends to be perpendicular to the equipotential surface, so that the beam is converged.

これは、加速管での収束に関する従来技術である。イオ
ンは注入してしまうので、ウエハから帰つてくることが
なく、減速する必要が生じない。
This is the prior art regarding convergence in an accelerating tube. Since the ions are implanted, they do not return from the wafer and there is no need to decelerate.

減速管に於けるビーム収束の問題は、加速管に於けるよ
りも難しい。
The beam focusing problem in the deceleration tube is more difficult than in the acceleration tube.

高速で飛行している粒子は、簡単には曲がらない。加速
管では高速にするので、荷電粒子は直進しやすく、曲げ
にくい。
Particles flying at high speed do not bend easily. Since the accelerating tube uses a high speed, charged particles can move straight and are difficult to bend.

曲げにくいから、流子を内側へ内側へと寄せるだけで収
束させる事ができる。
Since it is difficult to bend, it can be converged simply by moving the gyro inward.

ところが減速管では、電界を登つてゆくことにより運動
エネルギーを失つてゆく。そして遅い粒子となる。遅い
粒子は運動量が小さいので、側方への微弱な力が加わつ
ても、容易に曲る。
However, in the moderator tube, kinetic energy is lost by climbing the electric field. And it becomes a slow particle. Slow particles have a small momentum, so they bend easily even if a slight lateral force is applied.

電界のゆがみの影響を受けやすい。Susceptible to distortion of electric field.

このため、減速管では、ビームを収束させるために、収
束性よりも発散性の方が重要なのである。
Therefore, in the deceleration tube, the divergence is more important than the convergence in order to converge the beam.

このパラドツクスは減速管に固有のものという事ができ
る。
It can be said that this paradox is unique to the speed reducer.

減速管の内部で、ビームがいつたん収束したとする。収
束点をQとする。Q点で収束したビームは、ここを通過
すると、発散ビームとなる。この再発散により発散して
しまう。収束が急であれば、収束点Qを通過した後の発
散も急である。
Suppose that the beam converges inside the deceleration tube. Let Q be the convergence point. The beam converged at point Q becomes a divergent beam when passing through this point. It will diverge by this recurrence. If the convergence is rapid, the divergence after passing the convergence point Q is also rapid.

だから、減速管内で収束点Qを作らないのが最も良い。Therefore, it is best not to create the convergence point Q in the deceleration pipe.

しかし、収束点は必ずできる。収束点をなくすことは不
可能である。
However, there is always a convergence point. It is impossible to eliminate the convergence point.

収束点の発生を回避できないとすれば、収束点Qをでき
るだけ後方にすることが望ましい。また、収束が急激で
ない、という事が要求される。
If the occurrence of the convergence point cannot be avoided, it is desirable to set the convergence point Q as rearward as possible. Also, it is required that the convergence is not rapid.

第2図に従来のPELSで用いられていた減速管を示す。Figure 2 shows the speed reducer used in conventional PELS.

減速管の始端と終端にフランジF、Gがある。フランジ
F、Gの間には、8つの平円板状の電極P1〜P8と、これ
らを仕切る絶縁リングH、H、…が設けられる。
There are flanges F and G at the start and end of the speed reducer. Flange F, between G, and eight flat disc-shaped electrodes P 1 to P 8, the insulating ring H partitioning them, H, ... are provided.

電極P1〜P8は、中心に穴を有する単純な円板である。Electrodes P 1 to P 8 is a simple circular plate having a hole in the center.

この電極に減速電圧Vdecを等分配して印加していた。す
なわち、電極数をnとして、P1にはO(V)、P2にはVdec/n
(V)、P3には2Vdec/n(V)、…というように電圧をかけてい
た。隣接する極板間にはVdec/nの電圧がかかることにな
る。
The deceleration voltage Vdec was equally distributed and applied to this electrode. That is, the number of electrodes is n, the P 1 O (V), the P 2 Vdec / n
The voltage was applied to (V), P 3 at 2Vdec / n (V), and so on. A voltage of Vdec / n will be applied between the adjacent plates.

(ケ)従来技術の問題点 このような単純な電極構造でビームを減速した場合、等
電位面が中間の電極では、ほぼ均等に生ずる。つまり、
ビーム軸線に対して直角に生ずる。
(K) Problems with the prior art When the beam is decelerated with such a simple electrode structure, it occurs almost uniformly in the electrode having the equipotential surface in the middle. That is,
It occurs at right angles to the beam axis.

ところが、両端では、電極に穴があるため、等電位面が
中央で外側へ膨出する。つまり、等電位面が凸レンズに
似た形状になる。
However, at both ends, since the electrodes have holes, the equipotential surface bulges outward at the center. That is, the equipotential surface has a shape similar to that of a convex lens.

等電位面の歪みが凸レンズのように対称に生ずるから、
ここを通る陽子ビームに対して、発散、収束の効果が打
ち消されるように思われる。
Since the distortion of the equipotential surface occurs symmetrically like a convex lens,
The divergence and convergence effects seem to be canceled out for the proton beam passing through here.

ところがそうではない。But not so.

ビームが減速されるのであるから、等電位面をビームが
斜めに横切る場合、等電位面に近くなるように屈折す
る。つまり、光が高屈折率から低屈折率の物質へ入射し
たときと同じ方向に、陽子ビームが屈折する。
Since the beam is decelerated, when the beam obliquely crosses the equipotential surface, it is refracted so as to come close to the equipotential surface. That is, the proton beam is refracted in the same direction as when the light is incident on the substance having the high refractive index and the substance having the low refractive index.

加速の場合と、全く反対である。注意しなければならな
い。
The exact opposite of acceleration. You have to be careful.

最初の電極P1の近傍では等電位面が中央で外側に膨んで
いる。このため陽子ビームは発散する方向に屈折する。
In the vicinity of the first electrode P 1, the equipotential surface bulges outward at the center. Therefore, the proton beam is refracted in the direction of divergence.

発散する方向に曲げられるという事が望ましいのであ
る。この点は既に述べたが、繰返し指摘しておく。収束
しない事が望ましいのである。なぜ収束してはいけない
のか、という事は既に説明した。
It is desirable to be able to bend in the direction of divergence. This point has already been mentioned, but I will reiterate it. It is desirable not to converge. I have already explained why we should not converge.

ある点Qで収束すれば、Q点以後は発散ビームになるか
らである。Q点が減速管の前方にあれば、発散ビームの
走行距離が長くなるため、最終的にビームの発散が著し
くなる。
This is because if the beam converges at a certain point Q, it becomes a divergent beam after the point Q. If the point Q is in front of the deceleration pipe, the traveling distance of the diverging beam will be long, and the divergence of the beam will finally be remarkable.

しかしどこかでは収束する。収束するのはやむを得な
い。
But somewhere it converges. There is no choice but to converge.

とすれば、最もよいのは、収束点Qを、減速管の後方へ
押しやり、しかも、収束角を小さくするということであ
る。
Then, the best point is to push the convergence point Q to the rear of the speed reducer and to reduce the convergence angle.

中間部の等電位面は、ビーム走行軸にほぼ直交する。こ
のためビームは中間部ではあまり曲がらない。
The equipotential surface of the intermediate portion is substantially orthogonal to the beam traveling axis. Therefore, the beam does not bend much in the middle part.

ところが最後の電極では、外側へ膨出した等電位面とな
る。したがつて陽子ビームを収束させる。
However, the last electrode has an equipotential surface that bulges outward. Therefore, the proton beam is focused.

最初に発散、最後に収束であるから、両者が打ち消しあ
うように考えられるかもしれない。
Since they diverge first and finally converge, it may be thought that they cancel each other out.

ところが、そうではない。However, that is not the case.

減速管に入射した時、陽子ビームのエネルギーが大き
い。100keV程度もある。速度も大きい。高速の物体に横
から力を加えても軌道を曲げる事が難しい。これは、速
度が大きいので、等電位面の歪みの部分を短時間で通り
抜けてしまうからである。受ける力積(impulse)が小さ
いので、軌道が殆んど曲らない。
The energy of the proton beam is large when it enters the moderator tube. There is about 100 keV. The speed is also great. It is difficult to bend the trajectory of a high-speed object even if force is applied from the side. This is because the speed is high, and the strain passes through the equipotential surface in a short time. Since the impulse received is small, the orbit is hardly bent.

ところが、減速管の最後の電極の近傍では、エネルギー
が極めて小さくなつている。例えば0.5keV程度である。
ゆつくりとしたスピードでここを通り抜ける。このた
め、収束方向の力を受ける時間が長い。つまり収束方向
に力積をより大きく受ける。
However, the energy is extremely small near the last electrode of the speed reducer. For example, it is about 0.5 keV.
Pass through here at a leisurely speed. Therefore, it takes a long time to receive the force in the converging direction. In other words, it receives more impulse in the direction of convergence.

すると、結局、最後の電極の後方にできる等電位面の歪
みによる収束作用が優越する。収束点Qが最後の電極の
すぐ後方にできる。収束角は大きい。発散角は収束角に
等しいから、これも当然大きい。
Then, eventually, the converging action due to the distortion of the equipotential surface formed behind the last electrode is superior. The convergence point Q can be just behind the last electrode. The convergence angle is large. This is naturally large because the divergence angle is equal to the convergence angle.

(コ)構成 第1図は、本考案の減速管の電極構造を示す。(C) Structure FIG. 1 shows the electrode structure of the speed reducer of the present invention.

左から右へ陽子ビームが通り抜ける時にこれが減速管と
して機能する。本考案は減速管としての機能を問題にし
ているから、左から右へ陽子ビームが走行する場合のみ
を説明する。
This acts as a deceleration tube as the proton beam travels from left to right. Since the present invention is concerned with the function of the speed reducer, only the case where the proton beam travels from left to right will be described.

もちろん、実際のPELS装置であつて、Θ=180°の散乱
である場合、加速管としても機能しているのである。し
かし、加速管としての作用はここで説明しない。
Of course, in an actual PELS device, if Θ = 180 ° scattering, it also functions as an accelerating tube. However, its function as an accelerator tube will not be described here.

両側にフランジF、Gがある。この間に適数の電極P1、P
2…と、絶縁リングH、H、…が交互に設けられる。
There are flanges F and G on both sides. During this time, appropriate number of electrodes P 1 , P
2 and insulating rings H, H, ... Are provided alternately.

ここでは、フランジの間に7つの電極を図示している
が、フランジGを最後の電極とみなせば8つの電極(P8
=G)がある事になる。電極の数は、任意である。
Here, 7 electrodes are shown between the flanges, but if the flange G is regarded as the last electrode, 8 electrodes (P 8
= G). The number of electrodes is arbitrary.

電極P5、P6、P7は、単純な円板状の板である。形状に特徴
がない。
The electrodes P 5 , P 6 , and P 7 are simple disk-shaped plates. There is no feature in the shape.

前方の電極には、形状の特徴がある。The front electrode has a shape feature.

電極P1は、円板部1と、これに内縁で連続する円筒部2
とを有する。円筒部2は、ビームの流れからみて、円板
部1の後方に続くようになつている。円板部1外周の取
付部21は、絶縁リングHによつて挾まれ固定される。
また、取付部21が電源に接続される。
The electrode P 1 is composed of a disc portion 1 and a cylindrical portion 2 continuous with the disc portion 1 at its inner edge.
Have and. The cylindrical portion 2 is arranged to continue to the rear of the disc portion 1 as seen from the flow of the beam. The mounting portion 21 on the outer periphery of the disc portion 1 is sandwiched and fixed by an insulating ring H.
Further, the mounting portion 21 is connected to the power source.

従来の電極に比べて、円板部1が内側に張り出してお
り、ビームの通る穴が狭くなつている。
As compared with the conventional electrode, the disc portion 1 projects inward, and the hole through which the beam passes is narrowed.

もうひとつのP1の特徴は、先ほど述べた、流れの後方へ
延びる円筒部2である。
Another characteristic of P 1 is the cylindrical portion 2 extending to the rear of the flow, which is described above.

これらは、等電位面を、発散効果がでるように曲げるた
めのものである。
These are for bending the equipotential surface so that a divergent effect is produced.

等電位面Υ1〜Υ20を図示し、これによつて、電極形状
の意味を説明する。
The equipotential surfaces Υ 1 to Υ 20 are shown, which will explain the meaning of the electrode shape.

ここに図示した等電位面は、フランジFを0kVにし、各
電極を P1 -2kV P2 21.5kV P3 45.5kV P4 69.5kV P5〜G 99.5kV にした時の等電位面である。電圧の配分を変えると、等
電位面も変化するが、電極形状が同一であるので、だい
たいの傾向は変わらないといえる。
The equipotential surface shown here is an equipotential surface when the flange F is set to 0 kV and each electrode is set to P 1 -2 kV P 2 21.5 kV P 3 45.5 kV P 4 69.5 kV P 5 to G 99.5 kV. When the distribution of voltage is changed, the equipotential surface also changes, but since the electrode shapes are the same, it can be said that the tendency does not change.

P1に於て、中央の開口径が小さく、しかも、円筒部2を
設けているので、等電位面Υ1、Υ2が前方へ凸出する形
状になる。特に、Υ1の曲率が大きい。これは、ビーム
を強く発散させる。
At P 1 , the central opening diameter is small, and since the cylindrical portion 2 is provided, the equipotential surfaces Υ 1 and Υ 2 have a shape protruding forward. Especially, the curvature of Υ 1 is large. This causes the beam to diverge strongly.

円筒部2があるので、P1とP2の中間部3が狭くなる。こ
こで等電位面Υ1〜Υ5が強く絞られる。
Since there is the cylindrical portion 2, the intermediate portion 3 between P 1 and P 2 becomes narrow. Here, equipotential surfaces Υ 1 to Υ 5 are strongly narrowed.

絞られた後、中央では拡がるのでΥ1、Υ2が、前方へ強
く彎曲する事になる。
After being squeezed, since it expands in the center, Υ 1 and Υ 2 will bend strongly forward.

Υ4、Υ5は前方に向かつて凹であるから、ビームを収束
させる。しかし、曲率が小さいので収束させる力が弱
い。
Since Υ 4 and Υ 5 are concave toward the front, they focus the beam. However, since the curvature is small, the force for converging is weak.

電極P2も、円板部4とこの内端に続く円筒部5を有す
る。円筒部5は、次の電極P3との間を狭小化するためで
ある。中間部7で等電位面Υ6〜Υ9が強く絞られる。
The electrode P 2 also has a disc portion 4 and a cylindrical portion 5 that follows the inner end thereof. The cylindrical portion 5 is for narrowing the space between the cylindrical portion 5 and the next electrode P 3 . At the intermediate portion 7, the equipotential surfaces Υ 6 to Υ 9 are strongly narrowed.

P2はさらに前突条6を有する。取付部22によつてP2
絶縁リングHに固定される。また、取付部22に於て電
源と接続される。
P 2 also has a front ridge 6. The mounting portion 22 fixes P 2 to the insulating ring H. Further, it is connected to a power source at the mounting portion 22.

電極P3も同様である。平板な穴あき円板部8の中央に円
筒部9が設けられる。円筒部9の延長方向と反対側に前
突条10を有する。
The same applies to the electrode P 3 . A cylindrical portion 9 is provided at the center of the flat plate portion 8 having a hole. The front protrusion 10 is provided on the side opposite to the extending direction of the cylindrical portion 9.

前突条6、10は、ここに於て電界を高めて、中央部で
拡げる事により、等電位面をさらに彎曲させるものであ
る。
The front ridges 6 and 10 further bend the equipotential surface by increasing the electric field here and expanding it in the central portion.

Υ6、Υ7は前方へ向つて凸形状であるから、ビームを発
散させる。ただし、Υ4、Υ5が後方へ延びているので、
Υ6、Υ7の前方への彎曲が抑制される。
Since Υ 6 and Υ 7 are convex toward the front, they diverge the beam. However, since Υ 4 and Υ 5 extend backward,
The forward curve of Υ 6 and Υ 7 is suppressed.

Υ9、Υ10はビームを収束させるように働く等電位面で
ある。Υ10は、P3の円筒部9にそつて曲るので、中央部
に於ける曲率が小さい。このため、Υ10の収束効果が小
さい。
Υ 9 and Υ 10 are equipotential surfaces that act to focus the beam. Since Υ 10 bends along the cylindrical portion 9 of P 3, the curvature at the central portion is small. Therefore, the convergence effect of Υ 10 is small.

電極P4はより特異な形状である。これは次の電極P5を半
ば覆うようになつている。前面11は、軸に直角な円板
面となつている。これに続いて、内円筒面12が形成さ
れる。これはP1〜P3の円筒面2、5、9よりも長い。
The electrode P 4 has a more peculiar shape. It is designed to cover the next electrode P 5 halfway. The front surface 11 is a disc surface perpendicular to the axis. Following this, the inner cylindrical surface 12 is formed. This is longer than the cylindrical surfaces 2, 5 and 9 of P 1 to P 3 .

内円筒面12に続いて後円板面13が形成されている。
さらに、外縁に向けて、円筒面14と円錐面15が形成
されている。
A rear disc surface 13 is formed following the inner cylindrical surface 12.
Further, a cylindrical surface 14 and a conical surface 15 are formed toward the outer edge.

取付部24に於て絶縁リングHで固定される。It is fixed by an insulating ring H at the mounting portion 24.

電極P4とP5の中間部18には、等電位面Υ16〜Υ20が強
く押しこめられる。中間部18が後方に向つて開くの
で、等電位面がゆるやかに彎曲する。
Equipotential surfaces Υ 16 to Υ 20 are strongly pressed into the intermediate portion 18 between the electrodes P 4 and P 5 . Since the intermediate portion 18 opens rearward, the equipotential surface bends gently.

Υ17〜Υ20は、ビームを収束させる作用がある。しか
し、Υ20は両端がP5によつて拘束され、ゆるやかに彎曲
する等電位面であるので、曲率が小さい。
Υ 17 to Υ 20 have a function of converging the beam. However, since Υ 20 is an equipotential surface that is gently curved with both ends constrained by P 5 , it has a small curvature.

Υ18、Υ19も同様である。The same applies to Υ 18 and Υ 19 .

Υ16〜Υ20は、束縛領域がP4の円錐面15とP5の間であ
つて、距離がある。このため、拘束が緩やかである。従
つて、曲率が小さくなり、Υ17〜Υ20のビーム収束作用
が小さい。
Υ 16 to Υ 20 have a binding region between the conical surface 15 and P 5 of P 4 and have a distance. Therefore, the constraint is loose. Therefore, the curvature becomes small, and the beam focusing effect of Υ 17 to Υ 20 is small.

もちろん、Υ15、Υ16の発散効果がある。これらは前に
凸であるから発散作用がある。これは、Υ17〜Υ20によ
り前方へ押しだされる。前方へ押されると、電極P4の後
円板面13に妨げられて、中心軸に近い地点に、新しく
変曲点を生ずる。
Of course, there are diverging effects of Υ 15 and Υ 16 . These have a divergent effect because they are convex forward. It is pushed forward by Υ 17 to Υ 20 . When it is pushed forward, it is obstructed by the rear disc surface 13 of the electrode P 4 , and a new inflection point is generated at a point near the central axis.

このため、曲率がかなり大きくなる。従つて、Υ15、Υ
16の発散効果が大きい。
Therefore, the curvature becomes considerably large. Therefore, Υ 15 , Υ
16 great divergence effect.

最初に述べたように、電界の力によつて、陽子ビームを
収束、発散できるのは、比較的遅いビームに対してであ
る。速いビームは、電界を急速に抜けるので、受ける力
積(impulse)が小さい。
As mentioned at the beginning, it is only for relatively slow beams that the proton beam can be focused and diverged by the force of the electric field. A fast beam exits the electric field rapidly and therefore experiences a small impulse.

P1では、陽子はほぼ100keVのエネルギーを持つ。速いビ
ームである。ところがP4では約30keVのエネルギーしか
ない。Υ15〜Υ20を横切ることにより、約0.5keVまで減
速される。
At P 1 , the proton has an energy of almost 100 keV. It is a fast beam. However, at P 4 , there is only about 30 keV of energy. By crossing Υ 15 to Υ 20 , the speed is reduced to about 0.5 keV.

そうすると、陽子ビームの収束、発散に最も強く影響す
るのはΥ15〜Υ20の等電位面の勾配だという事が分る。
Then, it can be seen that the strongest influence on the convergence and divergence of the proton beam is the gradient of the equipotential surface of Υ 15 to Υ 20 .

このうち、Υ15、Υ16は発散に、Υ18〜Υ20は収束に寄
与する。Υ18〜Υ20はゆるやかな曲線を描き、ビーム軸
線での曲率が小さい。
Of these, Υ 15 and Υ 16 contribute to divergence, and Υ 18 to Υ 20 contribute to convergence. Υ 18 to Υ 20 draw a gentle curve and have a small curvature at the beam axis.

Υ15、Υ16は、下流へ突出した電極P4の構造のため変曲
点がビーム軸線の方へせり出し、ビーム軸線上で曲率が
大きくなつている。発散効果を増大させることができ
る。
The points of inflection Υ 15 and Υ 16 have inflection points protruding toward the beam axis due to the structure of the electrode P 4 protruding downstream, and the curvature increases on the beam axis. The divergent effect can be increased.

これは、電極P4、P5の中間部18が後方に向つて開いて
いる事に起因する。
This is because the intermediate portion 18 of the electrodes P 4 and P 5 is open rearward.

もちろん、速度の差があるので、Υ15〜Υ20の作用は、
結局、収束作用が優越することになる。Υ20では0.5keV
になつて極めて電界に感じやすくなるからである。
Of course, since there is a difference in speed, the action of Υ 15 to Υ 20 is
After all, the converging action becomes superior. 0.5 keV for Υ 20
This is because it becomes extremely easy to feel the electric field.

P5〜P7とフランジGとは同じ電位としている。It has the same potential as the P 5 ~P 7 and the flange G.

このためP5〜フランジGまでは全て等電位となる。この
空間をドリフトスペース30と呼ぶ。
Therefore until P 5 ~ flange G are all equal potential. This space is called a drift space 30.

等電位面がドリフトスペース30には存在しない。した
がつて、等電位面の直交曲線群である電気力線が存在し
ない。ドリフトスペース30では、電界の作用が存在し
ない。陽子ビームは、自由等速直線運動する。
No equipotential surface exists in the drift space 30. Therefore, there are no lines of electric force that are orthogonal curves of equipotential surfaces. In the drift space 30, there is no electric field effect. The proton beam moves at a constant linear velocity.

Υ16〜Υ20の作用は、合計すれば収束の方が優越する。
しかしその差は僅かであるので、ドリフトスペース30
で、陽子ビームはゆつくりと収束する。
The effects of Υ 16 to Υ 20 are more converging in total.
However, since the difference is slight, the drift space 30
Then, the proton beam converges smoothly.

収束点Qはきわめて後方になるし、収束角が狭いので、
発散はゆるやかになる。
Since the convergence point Q is extremely backward and the convergence angle is narrow,
The divergence will be gradual.

前開口19でのビーム拡がりと、後開口でのビーム拡が
りがほぼ同様になる。
The beam divergence at the front opening 19 and the beam divergence at the rear opening are substantially the same.

(サ)効果 減速管で陽子ビームが収束するのを抑制し、収束点を後
方に移すことができる。収束点Qを越えると発散ビーム
となる。収束角が小さいので、発散角がきわめて小さ
い。
(B) Effect It is possible to suppress the proton beam from converging in the deceleration tube and move the converging point to the rear. When it exceeds the convergence point Q, it becomes a divergent beam. Since the convergence angle is small, the divergence angle is extremely small.

前開口19を入つた時のビーム拡がりと、後開口20を
出る時のビーム拡がりがほぼ同じになる。
The beam divergence upon entering the front opening 19 and the beam divergence upon exiting the rear opening 20 are substantially the same.

この後、磁石で曲げられて、アナライザーでエネルギー
測定されるが、ビーム拡がりが狭いので、エネルギー測
定精度が高くなる。精度の高い測定ができるので、試料
表面の元素存在量を高精度で求める事ができる。
After that, it is bent by a magnet and the energy is measured by an analyzer, but since the beam divergence is narrow, the energy measurement accuracy becomes high. Since the measurement can be performed with high precision, the element existing amount on the sample surface can be obtained with high precision.

PELS装置のうち、Θ=180°の散乱角のものについて主
に説明した。しかし、本考案は、Θがいかなる値のPELS
装置の減速管にも適用することができる。
Among the PELS devices, the one with a scattering angle of Θ = 180 ° was mainly explained. However, in the present invention, PELS with any value of Θ
It can also be applied to the speed reducer of the device.

Θ≠180°であれば、加速管と減速管が別異になる。こ
の場合、本考案は減速管のみに適用される。
If Θ ≠ 180 °, the acceleration tube and the deceleration tube are different. In this case, the invention applies only to the speed reducer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の一例を示す減速管の縦断面図。 第2図は従来例の減速管の縦断面図。 第3図は原子Mに陽子mが衝突した前後の速度関係の説
明図。 第4図は原子による陽子の散乱に於て前方に生ずるシヤ
ドウコーンの説明図。 第5図はPELSに於て垂直入射散乱を説明するためのGaAs
結晶表層図。 第6図は第5図の入射方向に於けるPELSの陽子エネルギ
ー損失図。 第7図はPELSに於て斜入射散乱を説明するためのGaAs表
層図。 第8図は第7図の入射方向に於けるPELSの陽子エネルギ
ー損失図。 第9図は電子衝突による陽子エネルギー損失の増加によ
つて、第1層、第2層を識別できる事を説明する散乱断
面図。 第10図はPELSの原理構成図。 第11図は陽子のポテンシヤルエネルギー配位図。 第12図は低散乱角に於ける散乱ビームの説明図。 第13図は散乱角の違いによるイールドの相違をAu、Siに
ついて示すグラフ。 第14図はPELS装置の実際を示す略斜視図。 F,G……フランジ P1〜P7……電極 H……絶縁リング Υ1〜Υ20……等電位面
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a speed reducer showing an example of the present invention. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a conventional reduction gear. FIG. 3 is an explanatory diagram of the velocity relationship before and after the collision of the atom m with the proton m. FIG. 4 is an explanatory view of a shed cone produced in the forward direction when protons are scattered by atoms. Figure 5 shows GaAs for explaining normal incidence scattering in PELS.
Crystal surface diagram. Fig. 6 is a proton energy loss diagram of PELS in the incident direction of Fig. 5. FIG. 7 is a GaAs surface layer diagram for explaining oblique incidence scattering in PELS. Fig. 8 is a proton energy loss diagram of PELS in the incident direction of Fig. 7. FIG. 9 is a scattering cross-sectional view explaining that the first layer and the second layer can be distinguished by the increase in the proton energy loss due to electron collision. Figure 10 shows the principle configuration of PELS. Figure 11 shows the proton potential energy coordination diagram. Figure 12 is an illustration of scattered beams at low scattering angles. Figure 13 is a graph showing the difference in yield due to the difference in scattering angle for Au and Si. FIG. 14 is a schematic perspective view showing the actual PELS device. F, G …… Flange P 1 to P 7 …… Electrode H …… Insulation ring Υ 1 to Υ 20 …… Equipotential surface

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】陽子ビームを加速して高真空中に置かれた
試料に照射し一定方向に散乱された陽子ビームを減速し
てエネルギーを測定し、試料表面の元素の種類、分布を
陽子のエネルギー損失から求める事とした表面解析装置
に使用される減速管であつて、互に分離した適数個の電
極P1、P2…と、電極間を絶縁する絶縁リングH、H、…
と、電極P1…と絶縁リングH、H、…の前後端に設けら
れるフランジG、Hとよりなり、電極のうち、前方のひ
とつ又は数個の電極は円板部と、円板部に対しビーム走
行方向の後方に延びる円筒部とを有し、これらの電極に
つづくひとつの電極は円板部と後方に続く円筒部とを有
し、肉厚であつて、次の電極との間に、斜後方に向う狭
い開口を形成しており、これより後方の電極および後フ
ランジGは同電位とし、前方の電極にはそれぞれ電位差
を与えている事を特徴とする荷電粒子の減速管。
1. A proton beam is accelerated to irradiate a sample placed in a high vacuum, and the proton beam scattered in a certain direction is decelerated to measure energy, and the kind and distribution of elements on the sample surface are measured. A deceleration tube used in a surface analysis device which is determined from energy loss, and includes a suitable number of electrodes P 1 , P 2 ... Separated from each other and insulating rings H, H, ...
, And electrodes P 1 ... and flanges G, H provided at the front and rear ends of the insulating rings H, H, .... Among the electrodes, one or several electrodes at the front are a disk part and a disk part. In contrast to this, one electrode following these electrodes has a disk portion and a cylinder portion continuing to the rear, and is thick and between the next electrode and the next electrode. In the deceleration tube for charged particles, a narrow opening facing obliquely rearward is formed, the rear electrode and the rear flange G have the same potential, and the front electrode has a potential difference.
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