SPring-8とはsupport.spring8.or.jp/Doc_workshop/PDF_061027/y2.pdfNiP DLC(5nm)/NiP DLC(10nm)/NiP...

SPring-8とは

大型放射光施設

（高輝度なX線源）

高輝度なX線を用いた研究、分析、解析

蛍光Ｘ線

入射Ｘ線

透過Ｘ線（X線吸収）

散乱Ｘ線（回折X線）（反射X線）

光電子

物 質

X線による分析･評価技術

X線イメージング

（X線吸収、屈折）

X線結晶構造解析

（回折X線）

蛍光X線分析

（蛍光X線）

X線光電子分光

（光電子）

X線反射率測定

（反射X線）

X線吸収分光

（透過X線、蛍光X線、光電子）

SPring-8の光源

偏向電磁石光源

(Bending Magnet)

挿入（Undulator）光源

実験室装置よりも約10万倍輝度が高い

連続スペクトル光源

実験室装置よりも約10億倍輝度が高い

SPring8の放射光利用

光源の特徴

高強度

（明るい）

高指向性（平行性が高い）

高エネルギー

エネルギー可変

特徴を活かした利用

微量測定

(高感度）

高速測定

（時分割）

微小領域測定高角度分解能測定

深部測定重元素内殻励起

最適なエネルギーの選択X線分光

東北大学

谷垣教授

提供

SPring8 （0.75nm）

Yb2.75 C60

同一試料での比較

実験室系とのX線回折データの比較

0 10 200

10000

20000

Ｌａｂ. (Ｍｏ

Ｋ

α）

0 10 200

200

400

600

800

SPring-8の威力（高輝度、高指向性）

測定

１６時間

測定

１０分

高速測定

（高輝度）

高S/B （高指向性）

有機デバイス研究に有用な測定技術

有機デバイス

：

重要な機能を担う部分は薄膜

薄膜に適した分析･評価技術

結晶構造、配向

微小角入射X線回折（散乱）

密度ゆらぎ（空隙、析出）

微小角入射X線小角散乱

反射小角散乱

膜密度、膜厚

X線反射率

表面･界面形態

散漫散乱

化学状態

X線光電子分光（XPS)X線吸収分光（XAFS)

回折面

iα

Bθ2

面内回折X線

iα入射X線（αi ：入射角）

微小角入射X線散乱（回折）

試料表面（界面）、薄膜の面内構造を反映した散乱（回折）を測定

試料表面に極く小さい角度でX線を入射試料深部へのX線の侵入を抑制、

表面（界面）、薄膜からの散乱を感度よく測定

ラビング方向に平行方向の結晶性を測定

ラビング方向に垂直方向の結晶性を測定

θθ 2− スキャン

θθ 2− スキャン

qラビング

qラビング

ラビング方向（主鎖方向）

散乱ベクトル q

GIXDによる配向膜の面内異方性測定PMDA/ODAの場合

（試料提供

日産化学

酒井氏）

基板

膜

基板

膜

100

101

102

103

104

Pene

tratio

n D

epth

[nm

]

0.300.250.200.150.100.050.00Incident Angle [deg]

o16.0=iθ o10.0=iθ

120011001000

900800In

tens

ity [a

.u.]

876543Scattering Angle [deg]

500

400

300

200Inte

nsity

[a.u

.]

876543Scattering Angle [deg]

qラビング

qラビング

ラビング処理により配向膜表面近傍の結晶性に異方性が生じる

入射角による測定深さの制御

ラビング方向（主鎖方向）

散乱ベクトル q

40

30

20

10

0

Inte

nsity

[a.u

.]

180900-90-180Rotation of sample [deg]

60

40

20Inte

nsity

[a.u

.]

2015105Scattering angle [deg]

2θ固定

2θ固定

押し込み量：0.4mm

面内配向分布測定

0200400600800

100012001400160018002000

0 0.2 0.4 0.6 10

100

1000

10000

100000

1000000

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

PMDA/ODASi

入射角と侵入深さ

全反射臨界角の前後で侵入深さが著しく変化

1.0E-09

1.0E-08

1.0E-07

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

散乱角2θ

反射

率

NiP DLC(5nm)/NiP DLC(10nm)/NiP

基板のみ

DLC5nmDLC10nm

X線反射率法で得られる情報

・膜厚・・・振動周期

・密度・・・全反射臨界角、振動振幅

・粗さ・・・振動減衰

X線反射率測定

振動構造（干渉効果）

干渉入射X線

表面

界面

X線反射率測定

（振動構造の起源）

DLC(10nm)/NiP

散乱角2θ

反射

率

Co(10nm)/NiP

1.0E-07

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

DLC ：2.5NiP : 7.9

Co ：

8.9NiP : 7.9

膜密度と反射率振動

N

O

N

O

OO

O

n

PMDA ODA

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100R

efle

ctiv

ity

43210Scattering Angle [deg]

密度：

1.4 g/cm3

膜厚：

103 nm

液晶配向膜の反射率測定による評価例

試料提供

日産化学

酒井氏

ハードディスク用潤滑材のX線反射率測定

松村石油研究所

θ2

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

ﾗﾋﾞﾝｸﾞ q//ﾗﾋﾞﾝｸﾞ q⊥

θ

散漫散乱（回折）

表面（界面）のroughnessに関する知見を与える

Roughness のフラクタル次元、相関距離

入射角

散乱角 1.2°

Linear accelerator1.15GeV

SPring-8 storage ring

UndulatorDouble crystal

Monochromator

Si(111)

Synchrotron

8GeV

Electron energy analyzer

Channel-cut Monochromator

Si

(333)

Sample

6-10 keVのX線で励起

高エネルギーX線光電子分光

表面の汚染に鈍感試料深部の情報が得られるX線照射による試料劣化が小さい

0 2000 4000 6000 8000 100000

50

100

150

200

250

Si

NaCl

SiO2

GaAs

Au

Electron Kinetic Energy (eV)

Inela

stic

Mean

Pat

h (A

)

30Å（SiO2 )

210Å（SiO2 )

140Å（SiO2 )

Al Kα

1.E-07

1.E-06

1.E-05

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

10 100 1000 10000

photon energy (eV)

cro

ss s

ecti

on

(Mb)

Ga4s

Ga3d

As4s

As3d

As4p

N2s

N2p

Zn4s

Zn3d

Te5s

Te4d

Te5p

O2s

O2p

光電子の脱出深さのエネルギ－依存性 光イオン化断面積のエネルギ－依存性

脱出深さが大きい（深い）

深部の情報が得られる

イオン化断面積が小さい

感度が小さい

高エネルギーX線光電子分光の特徴

ハードディスク用潤滑材の測定例

AlNiPDLC

Lub

X線吸収微細構造（XAFS）

液体、非晶質物質もOK、大気中測定可能、試料環境変化可能

SiPt mirror

Ion chamber Ion chamber

6950 7000 70500

2

4

6

8

10

annealed BAM

Eu2O3

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

Energy (eV)

Abs

orba

nce

(a.u

.)EuCl3

EuCl2

irradiated 24 h

irradiated 12 h

non–irradiated

XAFS測定の例（蛍光体の加熱酸化）

UVXe,He