概要

光電子ホログラフィーとは、光電子を使って、原子配列を測定する方法です。この測定方法には、従来の原子配列にはない、さまざまな利点があります。

•  特定の元素の周囲の原子配列を測定することが可能

•  完全な周期構造を必要としないため、結晶中の不純物や、表面上の再配列していない原子などの周囲の構造を測定することが可能

•  原子核の位置を測定できる

•  表面から表面近傍に感度がある。

•  立体的に原子構造を測定することができる。

•  軽元素にも適用可能。

この特長により、ダイヤモンド中の不純物(ボロン、リンなど)のドープサイトの決定などに非常に威力を発揮します。光電子ホログラフィーの測定原理と実験方法は、それほど難しくありません。むしろ、原子配列を得るための解析方法の理論が難しいのですが、これも近いうちにプログラムにインプリメントされ、近い将来は、ホログラムを測定すれば結晶構造が、誰でも簡単に得られるようになると考えています。まずは、対象となるサンプルの条件や、測定方法について紹介しましょう。

内殻光電子分光(XPS)の応用測定法であるため、適用できるサンプルは、同様の制限があります。XPSと同等の条件として、

• 固体であること。

• 電気伝導度があること。これは、電子を使っているためです。

• 真空中に入れられるものであること。

• 表面が汚れていないこと

また、光電子ホログラフィーの条件としては、

• 原子配列の配向性があること。
  つまり、結晶だけでなく、
  結晶中の不純物、
  結晶表面に、まだらに付着した原子なども測定可能。

• 表面から数層下の原子配列も測定可能。

これらの条件を満たせば、ホログラムから原子配列を得ることが可能となります。

利用できるのは、光電子、オージェ電子です。光電子の場合、励起光は、 500eV～2000eVぐらいが適当です。これを使って、原子の内殻電子を励起し、光電子を発生させます。

オージェ電子の場合は、励起源として、光、電子、イオン、などがあります。有用なのは、光と、電子です。特に電子の場合は、ビームを小さくすることが可能となり、マイクロ結晶からのホログラムが測定可能となります。

光電子、オージェ電子を測定するには電子エネルギー分析器を使います。電子エネルギー分析器にはさまざまなタイプがあり、市販されているものから、特殊なタイプのものまであります。市販されている物の中には、角度積分型というタイプがあります。これは、サンプルから出てきた、さまざまな方位に放出された光電子を集めて、エネルギー分析するものですが、このタイプは光電子ホログラフィーに利用することはできません。角度分解型と呼ばれるものが必要となります。

角度分解型電子エネルギー分析器は、試料から出てきた、特定の方位のみの電子を測定するものです。一度に1つの方位しか測定できない電子エネルギー分析器を使った場合は、サンプルの極角と方位角を走査し、光電子の、方位に対する強度のマップを作ります。近年はMCPとCCDを組み合わせて、一度に±10～30°×0.5°程度までの角度分解しつつ、一度に測定できるアナライザーも市販されています。これを利用すれば、サンプルの走査にかかる時間を大幅に短縮することができます。

特殊なアナライザーとしては、1次元投影型の電子エネルギー分析器と、2次元投影型の電子エネルギー分析器があります。1次元投影型は、一度に±90°×0.5°ぐらいの領域が測定可能であり、サンプルの方位角を回転させるだけで、電子ホログラムを測定することが可能です。さらに2次元投影型になれば、一度±60°×±60°が測定可能となり、サンプルをまったく動かすことなく、ホログラムが測定できます。