位置敏感時間分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置
【課題】検出された信号の時間情報に対する補正処理を必要としない位置敏感分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置を提供する。
【解決手段】２組の一対の絶縁体のそれぞれにワイヤアノードを張設して当該ワイヤアノード同士が互いに直交するように配置した際に、ワイヤアノードが絶縁体とそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、一方の一対の絶縁体に張設されたワイヤアノードにより形成される空間内に、他方の一対の絶縁体に張設されたワイヤアノードが配置可能なように、２組の一対の絶縁体を構成する。
【解決手段】２組の一対の絶縁体のそれぞれにワイヤアノードを張設して当該ワイヤアノード同士が互いに直交するように配置した際に、ワイヤアノードが絶縁体とそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、一方の一対の絶縁体に張設されたワイヤアノードにより形成される空間内に、他方の一対の絶縁体に張設されたワイヤアノードが配置可能なように、２組の一対の絶縁体を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置敏感時間分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置に関し、さらに詳細には、直交して配設されたワイヤアノードにより２次元の検出領域が形成され、当該検出領域に入射した粒子の到達位置および到達時間を計測するための信号を検出する位置敏感時間分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物質の表面や界面の構造解析を行う手段として、例えば、三次元中エネルギーイオン散乱（Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍｅｄｉｕｍ−ｅｎｅｒｇｙ Ｉｏｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）法を用いることが知られている。
【０００３】
ここで、こうした三次元中エネルギーイオン散乱（以下、「三次元中エネルギーイオン散乱」を「３Ｄ−ＭＥＩＳ」と適宜に称することとする。）法を用いて、物質の表面や界面の構造解析を行う三次元中エネルギーイオン散乱装置（３Ｄ−ＭＥＩＳ装置）を図１乃至図４を参照しながら説明する。
【０００４】
なお、図１には、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置を示す概略構成説明図が示されており、また、図２（ａ）には、マイクロチャンネルプレートを示す概略構成斜視説明図が示されており、また、図２（ｂ）には、各チャンネルにおける２次電子の発生状態を模式的に示すマイクロチャンネルプレートの説明図が示されており、また、図３（ａ）には、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置に使用される従来の位置敏感時間分析型検出器を示す概略構成斜視説明図が示されており、また、図３（ｂ）には、図３（ａ）のＡ矢視説明図が示されており、また、図４には、現在使用されている図３（ａ）（ｂ）に示す構造を備えた従来の位置敏感時間分析型検出器を斜め上方から撮影した写真が示されている。
【０００５】
この３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００は、内部に試料１０２が載置される真空チャンバ１０４と、試料１０２に中エネルギー（例えば、１００ｋｅＶ程度である。）のパルスイオンビームを照射するビーム照射手段１０６と、真空チャンバ１０４内において試料１０２と所定の間隔を開けて配置されるとともにビーム照射手段１０６によるパルスイオンビームの照射により試料１０２を構成する原子によって散乱された散乱粒子（イオン）を検出する検出部１０８とを有して構成されている。
【０００６】
ここで、検出部１０８は、複数のチャンネルを形成されるとともに当該チャンネルの開口部が位置する入射面１１０ａを試料１０２と対向して配置して各チャンネル内に入射された粒子から２次電子を生じさせて増倍させる円形状のマイクロチャンネルプレート（Ｍｉｃｒｏ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｌａｔｅ：ＭＣＰｓ）１１０（図２（ａ）を参照する。）と、マイクロチャンネルプレート１１０の各チャンネル内において増倍した２次電子を出射する出射面１１０ｂと対向して配置されるとともに、マイクロチャンネルプレート１１０により増倍して生成された２次電子を検出する位置敏感時間分析型検出器（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｔｉｍｅ Ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１２０とを有して構成されている。
【０００７】
この位置敏感時間分析型検出器１２０は、軸線方向を平行に配置した略円柱形状を備えた一対の絶縁体１２２に対して互いに所定の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ巻回されて一対の絶縁体１２２間に張設された２本のワイヤアノード（Ｗｉｒｅ ａｎｏｄｅｓ）１２４、１２６と、絶縁体１２２より小径に形成されるとともに軸線方向を平行に配置した略円柱形状を備えた一対の絶縁体１２８に対して互いに所定の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ巻回されて一対の絶縁体１２８間に張設された２本のワイヤアノード１３０、１３２とを有して構成されている（図３（ａ）を参照する。）。
【０００８】
これらワイヤアノード１２４、１２６、１３０、１３２は、全て同径であり、絶縁体１２８に巻回されたワイヤアノード１３０、１３２は、絶縁体１２２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６により形成された空間Ｓ１内を通るように配置され（図３（ｂ）を参照する。）、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが互いに接触することなく直交して配置されている。
【０００９】
位置敏感時間分析型検出器１２０においては、このワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが互いに接触することなく直交している領域が２次元の検出領域となり、当該検出領域に対向するようにしてマイクロチャンネルプレート１１０の出射面１１０ｂが配置されている。
【００１０】
即ち、２次元の検出領域をＸＹ平面とすると、例えば、ワイヤアノード１２４、１２６がＸ方向の一方のワイヤアノードとなり、一方、ワイヤアノード１３０、１３２がＹ方向の他方のワイヤアノードとなる。
【００１１】
そして、マイクロチャンネルプレート１１０に設けられた全てのチャンネルが当該検出領域上に位置するように、検出部１０８の各種の寸法が設定されている。
【００１２】
なお、互いに隣り合うように絶縁体１２２に順次に巻回されているワイヤアノード１２４とワイヤアノード１２６とは、隣り合うワイヤアノード１２４とワイヤアノード１２６とが所定の間隔、例えば、０．５ｍｍの間隔を空けて絶縁体１２２に巻回されている。
【００１３】
同様に、互いに隣り合うように絶縁体１２８に順次に巻回されているワイヤアノード１３０とワイヤアノード１３２とは、隣り合うワイヤアノード１３０とワイヤアノード１３２とが所定の間隔、例えば、０．５ｍｍの間隔を空けて絶縁体１２８に巻回されている。
【００１４】
なお、図３（ａ）（ｂ）においては、上記した説明の理解を容易にするために、隣接するワイヤアノード同士の間隔を実際よりも広げて図示している。
【００１５】
ここで、絶縁体１２２に巻回されているワイヤアノード１２４とワイヤアノード１２６とは、いずれか一方が信号用のワイヤアノードとなされており、他方がリファレンス用のワイヤアノードとなされている。
【００１６】
同様に、絶縁体１２８に巻回されているワイヤアノード１３０とワイヤアノード１３２とは、いずれか一方が信号用のワイヤアノードとなされており、他方がリファレンス用のワイヤアノードとなされている。
【００１７】
なお、このように信号用とリファレンス用との２本のワイヤアノードを巻回する理由は、以下の通りである。
【００１８】
即ち、位置敏感時間分析型検出器１２０においては、信号用のワイヤアノードに電圧を加えて電子を収集するため、信号用のワイヤアノードは高電圧コンデンサーを介して信号を取り出さなければならない。
【００１９】
このため、信号用のワイヤアノードだけでは信号の取り出しができないので、リファレンス用のワイヤアノードが信号用のワイヤアノードとともに巻回されているものである。
【００２０】
また、信号用とリファレンス用との２本のワイヤアノードへそれぞれ電圧を印加する際には、一般的には、信号用のワイヤアノードへは５２０Ｖの電圧を印加し、リファレンス用のワイヤアノードへは４８０Ｖの電圧を印加している。
【００２１】
なお、上記した信号用とリファレンス用との２本のワイヤアノードとを用いて信号を取り出す技術は、本願出願時に公知の技術であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
以上の構成において、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００により試料１０２の表面や界面の構造解析を行うには、ビーム照射手段１０６から所定のパルス幅のパルスイオンビームを、高真空に設定された真空チャンバ１０４内に載置された試料１０２に対し照射する。
【００２３】
上記のようにして、試料１０２にパルスイオンビームが照射されると、試料１０２を構成する原子と衝突して粒子（イオン）が散乱し（図５（ａ）を参照する。）、その散乱粒子が検出部１０８によって検出される。
【００２４】
図６の３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００における信号処理システムを表すブロック構成説明図に示すように、この検出部１０８の検出結果を示す信号が、コンピューターシステムにより構築された公知の処理部２００へ送出され、処理部２００においては当該検出した信号に基づいて、公知の処理ステップにより散乱粒子の２次元の検出領域における到達位置と到達時間とを算出するとともに、算出した散乱粒子の２次元の検出領域における到達位置に基づき、図５（ｂ）に示すような散乱粒子の収量の２次元位置分布を作成する。
【００２５】
上記のようにして得られた散乱粒子の到達時間と２次元位置分布とを利用して、試料１０２の表面または界面の構造解析を行うものである。
【００２６】
この際、検出部１０８においては、まず、マイクロチャンネルプレート１１０のいずれかのチャンネル内に散乱粒子が入射すると、入射した散乱粒子がチャンネル内壁に衝突して２次電子を生じ、生じた２次電子が再びチャンネル内壁に衝突して、さらに２次電子を生じるということを繰り返すことにより、電子を増倍させる（図２（ｂ）を参照する。）。
【００２７】
このようにして増倍された電子は、マイクロチャンネルプレート１１０の出射面１１０ｂ側から出射されて、位置敏感時間分析型検出器１２０の２次元の検出領域へ入射される。
【００２８】
この位置敏感時間分析型検出器１２０の２次元の検出領域に電子が入射すると、入射した電子がワイヤアノードに衝突し、衝突した位置から電流が生じて当該ワイヤアノードの両端部に流れることとなり、こうした電流がワイヤアノードの両端部において信号として検出される。
【００２９】
このとき、処理部２００において、検出部１０８に入射した散乱粒子の２次元の検出領域における到達位置が、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２のそれぞれの両端部に現れた信号の時間差によって算出され、また、散乱粒子の到達時間（飛行時間）はワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２のそれぞれの両端部に現れた時間の和によって算出されることとなる。
【００３０】
つまり、散乱粒子の到達位置（入射位置）および到達時間は時間情報から求められるものであり、こうした時間情報は、例えば、時間／デジタル変換器（図示せず。）によって測定すればよい。
【００３１】
さらに、散乱粒子の到達時間、即ち、散乱粒子の飛行時間は、その散乱粒子のエネルギーに変換でき、当該エネルギーは散乱が起こった深さあるいはなにによって散乱したかに変換することができる。
【００３２】
上記のようにして、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００の処理部２００においては、散乱粒子の２次元の検出領域における到達位置（入射位置）および到達時間（飛行時間）を算出し、算出した到達位置およびその到達位置に到達した散乱粒子の収量などから２次元位置分布を作製して散乱粒子のブロッキングパターンを取得するとともに、取得したブロッキングパターンと算出した散乱粒子の到達時間とから試料１０２の表面または界面の構造解析を行う。
【００３３】
なお、処理部２００は、ＣＰＵ２０２、入力装置２０４、表示装置２０６、増幅器（Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０８、コンスタントフラクションディスクリミネーター（ＣＦＤ）２１０、ゲートジェネレーター（Ｇａｔｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２１２、高電圧パルスジェネレーター（Ｈｉｇｈ−ｖｏｌｔａｇｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｂｅａｍ ｐｕｌｓｅｒ）２１４、光ケーブル遅延回路（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｂｌｅ ｄｅｌａｙ）２１６、トリガー回路（Ｔｒｉｇｇｅｒ）２１８、インターラプトおよびインプット／アウトプットレジスター（ＩＮＴＥＲＲＵＰＴ ＆ Ｉ／Ｏ ＲＥＧＩＳＴＥＲ）２２０などを備えて構成されているが、こうした処理部２００における上記した信号処理技術は公知の技術であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
ところで、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２のそれぞれの両端部に現れた信号の時間情報によって、散乱粒子の到達位置や到達時間を検出する位置敏感時間分析型検出器１２０においては、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが接触することがないようにするために、絶縁体１２２の径に比べて絶縁体１２８の径が小さく設計されている。
【００３５】
ここで、ワイヤアノードを伝達する信号の速さについては、絶縁体（誘電体）中やワイヤアノードが絶縁体と接している部分を伝達する際の速さと、ワイヤアノードが絶縁体と接していない、即ち、ワイヤアノードの中空に張られている部分を伝達する際の速さとでは、両者においてその速さが異なる。
【００３６】
なお、誘電体中を伝搬する信号の速度は、以下のように表すことができる。
【００３７】
Ｖｐ＝ｃ／√εｓ
Ｖｐ：電磁波の速度（ｍ／ｓ）
ｃ ：真空中の高速の定義（ｍ／ｓ）＝２．９９７９２４５８ｅ８
εｓ ：誘電体の比誘電率（εｓ≧１）
上記の比誘電率は、温度によって変化する温度特性を持つ。
【００３８】
従来の位置敏感時間分析型検出器１２０においては、ワイヤアノード１２４、１２６が巻回された絶縁体１２２の径とワイヤアノード１３０、１３２が巻回された絶縁体１２８の径とが異なり、絶縁体１２２の径に比べて絶縁体１２８の径が小さいため、ワイヤアノード１２４、１２６が絶縁体１２２に接している長さに対して、ワイヤアノード１３０、１３２が絶縁体１２８に接している長さのほうが短くなってしまい、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２のそれぞれの両端部に現れる信号の時間情報に関して、ワイヤアノードにおける絶縁体との接触部分の長さの違いや温度変化による絶縁体（誘電体）の比誘電率の変化に起因する差異が生じてしまうこととなっていた。
【００３９】
上記した差異の生じた信号の時間情報をそのまま処理して２次元位置分布を作成すると、当該作成した２次元位置分布の像が歪んでしまい、正確に試料１０２の表面または界面の構造解析ができなくなってしまうので、従来においては、位置敏感時間分析型検出器１２０で検出された信号の時間情報を適当な補正係数によって補正する処理を行っていた。
【００４０】
しかしながら、こうした複数の要因に起因する差異を含んだ信号の時間情報を補正するには、補正係数を求めるための処理を行う必要があり、処理工程が多くなって処理が複雑になってしまい、解析作業が繁雑になるという問題点が指摘されていた。
【００４１】
なお、上記した補正係数を求めるための処理としては、例えば、以下に説明するような処理がある。
【００４２】
即ち、図７に示すように、所定の穴径（穴径は、例えば、４ｍｍφである。）を備えた円形開口部３０２をＸ方向とＹ方向とにそれぞれ所定の間隔Ｇ（間隔Ｇは、例えば、７．５ｍｍ間隔である。）を開けて複数整列させて穿設したプレート３００を準備し、そのプレート３００をマイクロチャンネルプレート１１０の前方に配置して散乱イオン測定を行う。
【００４３】
ここで、円形開口部３０２は規則正しい間隔で穿設されていることにより、本来的には散乱イオン測定により得られるイメージも規則正しい位置に信号が現れなければならない。
【００４４】
しかしながら、実際に得られたイメージは、上記した本来得られるはずのイメージとはずれたものとなるもるので、このずれを解消する補正値を補正係数として求めるものである。
【００４５】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４６】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出された信号の時間情報に対する補正処理を必要としない位置敏感分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
上記目的を達成するために、本発明は、２組の一対の絶縁体のそれぞれにワイヤアノードを張設して当該ワイヤアノード同士が互いに直交するように配置した際に、ワイヤアノードが絶縁体とそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、一方の一対の絶縁体に張設されたワイヤアノードにより形成される空間内に、他方の一対の絶縁体に張設されたワイヤアノードが配置可能なように、２組の一対の絶縁体を構成したものである。
【００４８】
即ち、本発明は、ワイヤアノードを直交して配置した検出領域を備え、該検出領域に粒子が入射することにより、該粒子の到達位置ならびに到達時間を計測するための信号を出力する位置敏感時間分析型検出器において、所定の第１の間隔を開けて配置した一対の第１の絶縁体と、上記所定の第１の間隔を開けて配置した一対の第２の絶縁体と、上記一対の第１の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の第２の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ上記一対の第１の絶縁体に巻回され、上記一対の第１の絶縁体間に張設された一方のワイヤアノードと、上記一対の第２の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の上記第２の間隔を開け、かつ、同一方向に上記所定の回数だけ上記一対の第２の絶縁体に巻回され、上記一対の第２の絶縁体間に張設された他方のワイヤアノードとを有し、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとが互いに直交するように配置してなる位置敏感時間分析型検出器であって、上記一対の第１の絶縁体と上記一対の第２の絶縁体とは、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとをそれぞれ巻回した際において、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、上記一対の第１の絶縁体に巻回された上記一方のワイヤアノードにより形成される空間内に、上記一対の第２の絶縁体に巻回された上記他方のワイヤアノードが接触することなく配置可能な形状を備えるようにしたものである。
【００４９】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、楕円柱を楕円の長軸で切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置され、上記一対の第２の絶縁体は、上記楕円柱と同一寸法の楕円柱を楕円の短軸で切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置されたようにしたものである。
【００５０】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、矩形柱を矩形の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置され、上記一対の第２の絶縁体は、上記矩形柱と同一寸法の矩形柱を矩形の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置されたようにしたものである。
【００５１】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱を、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置され、上記一対の第２の絶縁体は、上記略矩形柱と同一寸法の略矩形柱を、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置されたようにしたものである。
【００５２】
また、本発明は、上記した発明において、ワイヤアノードを直交して配置した検出領域を備え、該検出領域に粒子が入射することにより、該粒子の到達位置ならびに到達時間を計測するための信号を出力する位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、所定の第１の間隔を開けて配置される一対の第１の絶縁体を形成し、上記所定の第１の間隔を開けて配置される一対の第２の絶縁体を形成し、一方のワイヤアノードを、上記一対の第１の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の第２の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ上記一対の第１の絶縁体に巻回して上記一対の第１の絶縁体間に張設し、他方のワイヤアノードを、上記一対の第２の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の上記第２の間隔を開け、かつ、同一方向に上記所定の回数だけ上記一対の第２の絶縁体に巻回して上記一対の第２の絶縁体間に張設し、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとが互いに直交するように配置する位置敏感時間分析型検出器の作製方法であって、上記一対の第１の絶縁体と上記一対の第２の絶縁体とを、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとをそれぞれ巻回した際において、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、上記一対の第１の絶縁体に巻回された上記一方のワイヤアノードにより形成される空間内に、上記一対の第２の絶縁体に巻回された上記他方のワイヤアノードが接触することなく配置可能に形成するようにしたものである。
【００５３】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、楕円柱を楕円の長軸で切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置し、上記一対の第２の絶縁体は、上記楕円柱と同一寸法の楕円柱を楕円の短軸で切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置したものである。
【００５４】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、矩形柱を矩形の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置し、上記一対の第２の絶縁体は、上記矩形柱と同一寸法の矩形柱を矩形の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置したものである。
【００５５】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱を、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置し、上記一対の第２の絶縁体は、上記略矩形柱と同一寸法の略矩形柱を、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置したものである。
【００５６】
また、本発明は、検出された信号を処理して、試料の表面または界面の構造解析を行う位置敏感時間分析型検出器を用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置において、内部に試料が載置される真空チャンバと、上記試料に中エネルギーのパルスイオンビームを照射するビーム照射手段と、上記真空チャンバ内において上記試料と所定の間隔を空けて配置されるとともに、上記試料から散乱する散乱粒子の到達位置と上記散乱粒子の到達時間とを測定するための信号を検出する検出部とを有し、上記検出部は、マイクロチャンネルプレートと上記した本発明の位置敏感時間分析型検出器とにより構成されるようにしたものである。
【発明の効果】
【００５７】
本発明は、以上説明したように構成されているので、検出された信号の時間情報に対する補正処理を必要としないという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、三次元中エネルギーイオン散乱装置（３Ｄ−ＭＥＩＳ装置）を示す概略構成説明図である。
【図２】図２（ａ）は、マイクロチャンネルプレートを示す概略構成斜視説明図であり、また、図２（ｂ）は、各チャンネルにおける２次電子の発生状態を模式的に示す説明図である。
【図３】図３（ａ）は、従来の技術による位置敏感時間分析型検出器を示す概略構成斜視説明図であり、また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ矢視図である。
【図４】図４は、現在使用されている図３（ａ）（ｂ）に示す構造を備えた従来の位置敏感時間分析型検出器を斜め上方から撮影した写真である。
【図５】図５（ａ）は、照射したパルスイオンビームが試料の表面または界面を構成する原子に衝突して粒子を散乱した状態を模式的に示した説明図であり、また、図５（ｂ）は、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置において取得される２次元位置分布図の一例である。
【図６】図６は、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置における信号処理システムを表すブロック構成説明図である。
【図７】図７は、従来の位置敏感時間分析型検出器で検出された信号の時間情報を補正するための補正係数を求める処理に用いるプレートの斜視説明図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明による位置敏感時間分析型検出器を示す概略構成斜視説明図であり、また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ矢視図である。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体を示す概略構成斜視説明図であり、また、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図であり、また、図９（ｄ）は、図９（ｂ）のＤ−Ｄ線による断面図であり、また、図９（ｅ）は、絶縁体を形成する際に使用する楕円柱形状を備えた絶縁材料を示す概略構成斜視説明図である。
【図１０】図１０は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体の具体例を示す構成説明図であり、図１０（ａ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの正面図であり、また、図１０（ｂ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの左側面図であり、また、図１０（ｃ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの底面図であり、また、図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）の矢印Ｐで示す円で囲まれた部分を拡大した拡大説明図であり、図１０（ｅ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの背面図である。
【図１１】図１１は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体の具体例を示す構成説明図であり、図１１（ａ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときに正面図であり、また、図１１（ｂ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの左側面図であり、また、図１１（ｃ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの底面図であり、また、図１１（ｄ）は、図１１（ｃ）の矢印Ｑで示す円で囲まれた部分を拡大した拡大説明図であり、図１１（ｅ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの背面図である。
【図１２】図１２は、ステンレスベースの具体例を示す構成説明図であり、図１２（ａ）は、ステンレスベースの正面図であり、また、図１２（ｂ）は、ステンレスベースの平面図であり、また、図１２（ｂ）は、ステンレスベースの左側面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、発明者によって作製された本発明による位置敏感時間分析型検出器を平面視から撮影した写真であり、また、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の一部を拡大した写真である。
【図１４】図１４は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体の変形例を示すための説明図であり、図１４（ａ）は、変形例としての絶縁体を形成する際に使用する四角柱形状を備えた絶縁材料を示す概略構成斜視説明図であり、また、図１４（ｂ）（ｃ）は、図１４（ａ）に示す絶縁材料を切断した状態の絶縁体の変形例を示す概略構成斜視説明図である。
【図１５】図１５は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体の変形例を示すための説明図であり、図１５（ａ）は、変形例としての絶縁体を生成する際に使用する略四角柱形状を備えた絶縁材料を示す概略構成斜視説明図であり、また、図１５（ｂ）（ｃ）は、図１５（ａ）に示す絶縁材料を切断した状態の絶縁体の変形例を示す概略構成斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による位置敏感時間分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００６０】
なお、以下の説明においては、図１乃至図４を参照しながら説明した従来の位置敏感時間分析型検出器および３Ｄ−ＭＥＩＳ装置と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作用効果の説明は適宜に省略することとする。
【００６１】
まず、図８（ａ）（ｂ）および図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を参照しながら、本発明による位置敏感時間分析型検出器について説明する。
【００６２】
なお、図８（ａ）（ｂ）においては、図３（ａ）（ｂ）と同様に、本発明の理解を容易にするために、隣接するワイヤアノード同士の間隔を実際よりも広げて図示している。
【００６３】
この図８（ａ）に示す位置敏感時間分析型検出器１０は、略円柱形状を備えた一対の絶縁体１２２に代えて、楕円柱形状を備えた絶縁材料２０を楕円の長軸で切断した形状の一対の絶縁体１２を用いるとともに、略円柱形状を備えた一対の絶縁体１２８に代えて、楕円柱形状を備えた絶縁材料２０を楕円の短軸で切断した形状の一対の絶縁体１４を用いる点において、図３に示す位置敏感時間分析型検出器１２０と異なっている。
【００６４】
そして、位置敏感時間分析型検出器１０においては、軸線方向を平行に配置した一対の絶縁体１２に対して、互いに第１の所定の間隔である間隔Ｌ１を開け、かつ、同一方向に所定の回数であるｎ回（「ｎ」は、任意の正の整数である。）だけ２本のワイヤアノード１２４、１２６が巻回されており、また、軸線方向を平行に配置した一対の絶縁体１４に対して、互いに間隔Ｌ１を開け、かつ、同一方向に上記所定の回数たるｎ回だけ２本のワイヤアノード１３０、１３２が巻回されている。
【００６５】
より詳細には、絶縁体１２と絶縁体１４とは、それぞれ同一寸法の楕円柱形状を備えた絶縁材料２０をそれぞれ加工して形成されている。
【００６６】
即ち、絶縁体１２は、楕円柱形状における楕円の長軸で絶縁材料２０を切断して形成することができる（図９（ｅ）を参照する。）。
【００６７】
上記のようにして楕円の長軸で切断することにより形成された２つの部材が、一対の絶縁体１２となるものであり、これら一対の絶縁体１２が、第２の所定の間隔である間隔Ｌ２を開け、かつ、それぞれの切断面１２ｂを対向するようにして配置されている（図９（ａ）を参照する。）。
【００６８】
また、絶縁体１４は、楕円柱形状における楕円の短軸で絶縁材料２０を切断して形成することができる（図９（ｅ）を参照する。）。
【００６９】
上記のようにして楕円の短軸で切断することにより形成された２つの部材が、一対の絶縁体１４となるものであり、これら一対の絶縁体１４が、上記第２の所定の間隔である間隔Ｌ２を開け、かつ、それぞれの切断面１４ｂを対向するようにして配置されている（図９（ｂ）を参照する。）。
【００７０】
そして、上記のように配置された一対の絶縁体１２に対し、ワイヤアノード１２４、１２６が絶縁体１２の楕円周面１２ａに当接するようにしてｎ回だけ巻回され、一対の絶縁体１２間にワイヤアノード１２４、１２６が張設されている。
【００７１】
同様に、上記のように配置された一対の絶縁体１４に対し、ワイヤアノード１３０、１３２が絶縁体１４の楕円周面１４ａに当接するようにしてｎ回だけ巻回され、一対の絶縁体１４間にワイヤアノード１３０、１３２が張設されている。
【００７２】
ところで、絶縁体１２の高さＨ１は楕円柱形状を備えた絶縁材料２０における楕円の長軸に相当し、一方、絶縁体１４の高さＨ２は楕円柱形状を備えた絶縁材料２０における楕円の短軸に相当するため、必然的に絶縁体１２の高さＨ１は絶縁体１４の高さＨ２に比べて高く（長く）なる。
【００７３】
このため、絶縁体１４に巻回されたワイヤアノード１３０、１３２を、絶縁体１２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６と接することなしに、絶縁体１２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６により形成された空間Ｓ２内に挿入した状態で配置することができ（図８（ｂ）を参照する。）、これによりワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが接触することなく直交した状態に位置する２次元の検出領域が形成される。
【００７４】
ここで、同一寸法の楕円柱形状の絶縁材料２０から絶縁体１２および絶縁体１４を形成しているため、絶縁体１２の楕円周面１２ａの円弧の長さと、絶縁体１４の楕円周面１４ａの円弧の長さとは等しいものとなる。
【００７５】
即ち、ワイヤアノード１２４、１２６が一対の絶縁体１２と接触している長さ（距離）と、ワイヤアノード１３０、１３２が一対の絶縁体１４と接触している長さ（距離）とは、互いに等しいものとなる。
【００７６】
さらに、一対の絶縁体１２と一対の絶縁体１４とは、それぞれ間隔Ｌ２を開けて配置されており、こうした一対の絶縁体１２ならびに一対の絶縁体１４にそれぞれワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが間隔Ｌ１を開けてそれぞれｎ回巻回されているので、絶縁体に巻回されているワイヤアノードの長さ、つまり、ワイヤアノード１２４、１２６における点Ｑから点Ｒまでの長さとワイヤアノード１３０、１３２における点Ｓから点Ｔまでの長さとは同じ長さとなる。
【００７７】
次に、本発明による位置敏感時間分析型検出器１０を作製する際の一例について、具体的な寸法などを示しながら説明する。
【００７８】
即ち、例えば、楕円柱形状における楕円の長軸の長さが１２ｍｍ、当該楕円の短軸の長さが８ｍｍ、軸方向長さＬ３が１２０ｍｍのセラミック製の絶縁材料２０から、当該楕円の長軸において軸方向に沿って切断することにより絶縁体１２を形成するとともに、当該楕円の短軸において軸方向に沿って切断することにより絶縁体１４を形成する（図９（ｅ）を参照する。）。
【００７９】
このとき、絶縁体１２は高さＨ１が１２ｍｍ、幅Ｗ１が４ｍｍ、長さＬ４が１２０ｍｍとなり（図９（ａ）（ｃ）および図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を参照する。）、絶縁体１４は高さＨ２が８ｍｍ、幅Ｗ２が６ｍｍ、長さがＬ５が１２０ｍｍとなる（図９（ｂ）（ｄ）および図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を参照する。）。
【００８０】
こうして形成された絶縁体１２の楕円周面１２ａに、０．５ｍｍピッチで幅０．２５ｍｍ、深さ０．２ｍｍの溝１２ｃを形成する。
【００８１】
同様に、上記のようにして形成された絶縁体１４の楕円周面１４ａに、０．５ｍｍピッチで幅０．２５ｍｍ、深さ０．２ｍｍの溝１４ｃを形成する。
【００８２】
上記した溝１２ｃ内にワイヤアノード１２４、１２６が巻回されることになり、また、上記した溝１４ｃ内にワイヤアノード１３０、１３２が巻回されることになるので、所望する間隔Ｌ１の寸法に応じて溝１２ｃ、１４ｃを形成するピッチを調整すればよい。
【００８３】
そして、一対の絶縁体１４をそれぞれ切断面１４ｂが間隔Ｌ２（間隔Ｌ２は、後述するステンレスベース３０の寸法によって決定される。）を開けて対向するようにして、縦１３８ｍｍ×横１３８ｍｍの略四角板形状の非磁性のステンレスベース３０（図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照する。）の対辺に固定的にそれぞれ配設する。
【００８４】
なお、ステンレスベース３０の高さＨ３は、絶縁体１４の高さＨ２よりも低く（短く）なるように寸法設定されている。
【００８５】
絶縁体１４は、ステンレスベース３０に対して、ステンレスベース３０の外周縁面３０ａに切断面１４ｂが当接し、かつ、絶縁体１４の両端部たる端部１４ｄと端部１４ｅとが、それぞれ高さ方向においてステンレスベース３０から突出するようにして固定されている。
【００８６】
それから、ステンレスベース３０を取り囲むようにして、溝１４ｃ内に位置決めされるようにワイヤアノード１３０、１３２となる径が０．２ｍｍの２本の銅線を１ｍｍピッチ（間隔Ｌ１＝１ｍｍ）で巻き、ワイヤアノード１３０、１３２たる２本の銅線の両端部を固定する。
【００８７】
なお、この具体例においては、間隔Ｌ２は、ステンレスベース３０の寸法を適宜に設定することにより適宜に設定することができる。
【００８８】
次に、一対の絶縁体１２をそれぞれ切断面１２ｂが間隔Ｌ２を開けて対向するようにして、絶縁体１４が取り付けられていないステンレスベース３０の残りの対辺に固定的にそれぞれ配設する。
【００８９】
絶縁体１２は、ステンレスベース３０に対して、ステンレスベース３０の外周縁面３０ａに切断面１２ｂが当接し、かつ、絶縁体１２の両端部たる端部１２ｄと端部１２ｅとが、それぞれ高さ方向においてステンレスベース３０から突出するようにして固定されている。
【００９０】
それから、ステンレスベース３０を取り囲むようにして、溝１２ｃ内に位置決めされるようにワイヤアノード１２４、１２６となる径が０．２ｍｍの２本の銅線を１ｍｍピッチ（間隔Ｌ１＝１ｍｍ）で巻き、ワイヤアノード１２４、１２６たる２本の銅線の両端部を固定する。
【００９１】
これにより、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが接触することなく直交した状態に位置する２次元の検出領域を備えた位置敏感時間分析型検出器を作製することができる。
【００９２】
換言すれば、絶縁体１２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６により形成された空間内に、絶縁体１４に巻回されたワイヤアノード１３０、１３２が接触することなく配設されることになる。
【００９３】
こうして作製された位置敏感時間分析型検出器１０において、信号用のワイヤアノードには５２０Ｖを印加し、リファレンス用のワイヤアノードには４８０Ｖを印加して散乱された散乱粒子（イオン）を検出する。
【００９４】
上記のようして作製された位置敏感時間分析型検出器１０においては、絶縁体１２の楕円周面１２ａの円弧の長さと絶縁体１４の楕円周面１４ａの円弧の長さとが等しいものとなるため、ワイヤアノード１２４、１２６が絶縁体１２に接触している長さとワイヤアノード１３０、１３２が絶縁体１４に接触している長さとが等しくなる。
【００９５】
さらに、ともに所定の間隔Ｌ２を開けて配置されている絶縁体１２ならびに絶縁体１４に対し、ワイヤアノード１２４、１２６ならびにワイヤアノード１３０、１３２がそれぞれ１ｍｍ間隔で所定の回数だけ巻回されているため、絶縁体１２に巻回されている部分のワイヤアノード１２４、１２６の長さと絶縁体１４に巻回されている部分のワイヤアノード１３０、１３２の長さとが等しくなる。
【００９６】
従って、位置敏感時間分析型検出器１０においては、各ワイヤアノードにおいて絶縁体と接触する部分の長さが全て等しくなり、また、各ワイヤアノードにおいて絶縁体と接触していない中空領域の部分の長さも等しくなるため、ワイヤアノードにおいて検出された信号の時間情報に関して各ワイヤアノード間で差異が生じることはないので、信号の時間情報の補正を行う必要がなくなる。
【００９７】
つまり、位置敏感時間分析型検出器１０においては、各ワイヤアノード間において、各ワイヤアノードを絶縁体に巻回することに起因する信号の時間情報の差異を生じることがない。
【００９８】
さらに、誘電体の比誘電率は温度によって変化するものであるが、位置敏感時間分析型検出器１０によれば、各ワイヤアノードにおいて絶縁体と接触する部分の長さが全て等しくなり、また、各ワイヤアノードにおいて絶縁体と接触していない中空領域の部分の長さも等しくなるため、温度が変化しても何らの補正を行う必要がない。
【００９９】
このように、位置敏感時間分析型検出器１０においては、ワイヤアノードと絶縁体との接触部分の長さや温度変化による絶縁体（誘電体）の比誘電率の変化に起因する信号の時間情報に関して、各ワイヤアノードで差異を生じることがない。
【０１００】
即ち、各ワイヤアノード間において、従来の技術による位置敏感時間分析型検出器１２０においては、各ワイヤアノードを絶縁体に巻回することに起因する信号の時間情報の差異を補正する処理と、ワイヤアノードと絶縁体との接触部分の長さや温度変化による絶縁体（誘電体）の比誘電率の変化に起因する信号の時間情報の差異を補正する処理を行う必要があったが、本発明による位置敏感時間分析型検出器１０においては、各ワイヤアノードを絶縁体に巻回することに起因する信号の時間情報の差異を生じることがなく、かつ、ワイヤアノードと絶縁体との接触部分の長さや温度変化による絶縁体（誘電体）の比誘電率の変化に起因する差異が生じない。
【０１０１】
このため、本発明による位置敏感時間分析型検出器１０によれば、時間情報に関する補正処理を行う必要がなくなり、処理工程を簡素化することができるものである。
【０１０２】
さらにまた、物質の表面や界面の構造解析を行う際には、散乱粒子を測定したイメージ（２次元位置分布）の回転操作を行って、ブロッキングパターンなどを観察する場合があるが、本発明による位置敏感時間分析型検出器１０においては、検出される信号の時間情報について各ワイヤアノード間で差異を生じないため、こうした際にも補正を行うことなくイメージの回転操作が可能となる。
【０１０３】
また、上記において説明した３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００において、従来の位置敏感時間分析型検出器１２０に代えて本発明による位置敏感時間分析型検出器１０を用いるようにして、位置敏感時間分析型検出器１０とマイクロチャンネルプレート１１０とにより３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００の検出部１０８を構成することができる。
【０１０４】
これにより、検出部１０８において検出された信号の時間情報に関する補正処理を行う必要がなくなるため、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００における処理工程が減少して、処理が簡素化されるようになる。
【０１０５】
また、物質の表面の汚染物評価などに用いられる飛行時間型分析二次イオン質量分析において、検出器として本発明による位置敏感時間分析型検出器１０を用いることにより、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００の場合と同様に、検出された信号の時間情報に関する補正処理を行う必要がなくなるため処理工程が減少して、処理が簡素化されるようになる。
【０１０６】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形することができるものである。
【０１０７】
（１）上記した実施の形態においては、位置敏感時間分析検出装置１０において、楕円柱形状を備えた絶縁材料２０を楕円の長軸で切断した一対の絶縁体１２と、楕円柱形状を備えた絶縁材料２０を楕円の短軸で切断した一対の絶縁体１４とを用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。
【０１０８】
例えば、図１４（ａ）に示すように、矩形柱形状の絶縁材料５０を、図１４（ａ）における破線部、即ち、矩形の対向する短辺の中点において切断して一対の絶縁体５２を形成し（図１４（ｂ）を参照する。）、図１４（ａ）における一点鎖線部、即ち、矩形の対向する長辺の中点において切断して一対の絶縁体５４を形成する（図１４（ｃ）を参照する。）ようにしてもよい。
【０１０９】
そして、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２は、切断面以外の面と当接するようにして、それぞれ絶縁体５２および絶縁体５４に所定の回数だけ巻回すればよい。
【０１１０】
また、図１５（ａ）に示すように、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱の絶縁材料６０を、図１５（ａ）における破線部、即ち、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断して一対の絶縁体６２を形成し（図１５（ｂ）を参照する。）、図１５（ａ）における一点鎖線部、即ち、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断して絶縁体６４を形成する（図１５（ｃ）を参照する。）ようにしてもよい。
【０１１１】
そして、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２は、切断面以外の面と当接するようにして、それぞれ絶縁体６２および絶縁体６４に所定の回数だけ巻回すればよい。
【０１１２】
なお、図示は省略したが、断面が菱形の柱形状を備えた絶縁材料を、当該菱形における長対角線で切断して一対の絶縁体１２に対応する絶縁体を形成し、また、当該菱形における短対角線で切断して一対の絶縁体１４に対応する絶縁体を形成するようにしてもよいことは勿論である。
【０１１３】
要するに、一対の絶縁体１２と一対の絶縁体１４とは、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とをそれぞれ巻回した際において、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、一方の一対の絶縁体である絶縁体１２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６により形成される空間内に、他方の一対の絶縁体である絶縁体１４に巻回されたワイヤアノード１３０、１３２が配置可能なように形状ならびに寸法を設定すればよい。
【０１１４】
（２）上記した実施の形態においては、円形状のマイクロチャンネルプレートを用いるようにしていたが、矩形状のマイクロチャンネルプレートを用いるようにしてもよいことは勿論である。
【０１１５】
（３）上記した実施の形態において示した各種の寸法は一例に過ぎず、適宜に所望の寸法を用いて設計してよいことは勿論である。
【０１１６】
（４）上記した実施の形態においては、絶縁材料２０を切断して絶縁体１２ならびに絶縁体１４を形成する場合について説明したが、絶縁体１２ならびに絶縁体１４は、絶縁材料２０を切断して得られる形状と同一の形状を備えていればよいものであり、必ずしも絶縁材料２０を切断して形成する必要はない。
【０１１７】
例えば、絶縁材料２０を切断して得られる形状と同一の形状を備えるように、射出成形により絶縁体１２や絶縁体１４を形成するようにしてもよいし、あるいは、プレス成形により絶縁体１２や絶縁体１４を形成するようにしてもよい。
【０１１８】
要するに、絶縁体１２ならびに絶縁体１４は、絶縁材料２０を切断して得られる形状と同一の形状を備えていればよいので、絶縁材料２０を切断する手法以外に各種の手法を用いて絶縁体１２ならびに絶縁体１４を形成してもよいことは勿論である。
【０１１９】
（５）上記した実施の形態においては、信号用とリファレンス用との２本のワイヤアノードを用いた場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、リファレンス用のワイヤアノードを用いなくてもよい場合には、１本のワイヤアノードのみを用いてこれを信号用とすればよい。
【０１２０】
（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、照射したイオンビームにより生じた散乱粒子を検出して物質の表面や界面を計測する際に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０、１２０ 位置敏感時間分析型検出器
１２、１４、５２、５４、６２、６４、１２２、１２８ 絶縁体
２０、５０、６０ 絶縁材料
３０ ステンレスベース
１２４、１２６、１３０、１３２ ワイヤアノード
１００ ３Ｄ−ＭＥＩＳ装置
１０２ 試料
１０４ 真空チャンバ
１０６ ビーム照射手段
１０８ 検出部
１１０ マイクロチャンネルプレート
２００ 処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置敏感時間分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置に関し、さらに詳細には、直交して配設されたワイヤアノードにより２次元の検出領域が形成され、当該検出領域に入射した粒子の到達位置および到達時間を計測するための信号を検出する位置敏感時間分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物質の表面や界面の構造解析を行う手段として、例えば、三次元中エネルギーイオン散乱（Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍｅｄｉｕｍ−ｅｎｅｒｇｙ Ｉｏｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）法を用いることが知られている。
【０００３】
ここで、こうした三次元中エネルギーイオン散乱（以下、「三次元中エネルギーイオン散乱」を「３Ｄ−ＭＥＩＳ」と適宜に称することとする。）法を用いて、物質の表面や界面の構造解析を行う三次元中エネルギーイオン散乱装置（３Ｄ−ＭＥＩＳ装置）を図１乃至図４を参照しながら説明する。
【０００４】
なお、図１には、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置を示す概略構成説明図が示されており、また、図２（ａ）には、マイクロチャンネルプレートを示す概略構成斜視説明図が示されており、また、図２（ｂ）には、各チャンネルにおける２次電子の発生状態を模式的に示すマイクロチャンネルプレートの説明図が示されており、また、図３（ａ）には、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置に使用される従来の位置敏感時間分析型検出器を示す概略構成斜視説明図が示されており、また、図３（ｂ）には、図３（ａ）のＡ矢視説明図が示されており、また、図４には、現在使用されている図３（ａ）（ｂ）に示す構造を備えた従来の位置敏感時間分析型検出器を斜め上方から撮影した写真が示されている。
【０００５】
この３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００は、内部に試料１０２が載置される真空チャンバ１０４と、試料１０２に中エネルギー（例えば、１００ｋｅＶ程度である。）のパルスイオンビームを照射するビーム照射手段１０６と、真空チャンバ１０４内において試料１０２と所定の間隔を開けて配置されるとともにビーム照射手段１０６によるパルスイオンビームの照射により試料１０２を構成する原子によって散乱された散乱粒子（イオン）を検出する検出部１０８とを有して構成されている。
【０００６】
ここで、検出部１０８は、複数のチャンネルを形成されるとともに当該チャンネルの開口部が位置する入射面１１０ａを試料１０２と対向して配置して各チャンネル内に入射された粒子から２次電子を生じさせて増倍させる円形状のマイクロチャンネルプレート（Ｍｉｃｒｏ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｌａｔｅ：ＭＣＰｓ）１１０（図２（ａ）を参照する。）と、マイクロチャンネルプレート１１０の各チャンネル内において増倍した２次電子を出射する出射面１１０ｂと対向して配置されるとともに、マイクロチャンネルプレート１１０により増倍して生成された２次電子を検出する位置敏感時間分析型検出器（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｔｉｍｅ Ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１２０とを有して構成されている。
【０００７】
この位置敏感時間分析型検出器１２０は、軸線方向を平行に配置した略円柱形状を備えた一対の絶縁体１２２に対して互いに所定の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ巻回されて一対の絶縁体１２２間に張設された２本のワイヤアノード（Ｗｉｒｅ ａｎｏｄｅｓ）１２４、１２６と、絶縁体１２２より小径に形成されるとともに軸線方向を平行に配置した略円柱形状を備えた一対の絶縁体１２８に対して互いに所定の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ巻回されて一対の絶縁体１２８間に張設された２本のワイヤアノード１３０、１３２とを有して構成されている（図３（ａ）を参照する。）。
【０００８】
これらワイヤアノード１２４、１２６、１３０、１３２は、全て同径であり、絶縁体１２８に巻回されたワイヤアノード１３０、１３２は、絶縁体１２２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６により形成された空間Ｓ１内を通るように配置され（図３（ｂ）を参照する。）、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが互いに接触することなく直交して配置されている。
【０００９】
位置敏感時間分析型検出器１２０においては、このワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが互いに接触することなく直交している領域が２次元の検出領域となり、当該検出領域に対向するようにしてマイクロチャンネルプレート１１０の出射面１１０ｂが配置されている。
【００１０】
即ち、２次元の検出領域をＸＹ平面とすると、例えば、ワイヤアノード１２４、１２６がＸ方向の一方のワイヤアノードとなり、一方、ワイヤアノード１３０、１３２がＹ方向の他方のワイヤアノードとなる。
【００１１】
そして、マイクロチャンネルプレート１１０に設けられた全てのチャンネルが当該検出領域上に位置するように、検出部１０８の各種の寸法が設定されている。
【００１２】
なお、互いに隣り合うように絶縁体１２２に順次に巻回されているワイヤアノード１２４とワイヤアノード１２６とは、隣り合うワイヤアノード１２４とワイヤアノード１２６とが所定の間隔、例えば、０．５ｍｍの間隔を空けて絶縁体１２２に巻回されている。
【００１３】
同様に、互いに隣り合うように絶縁体１２８に順次に巻回されているワイヤアノード１３０とワイヤアノード１３２とは、隣り合うワイヤアノード１３０とワイヤアノード１３２とが所定の間隔、例えば、０．５ｍｍの間隔を空けて絶縁体１２８に巻回されている。
【００１４】
なお、図３（ａ）（ｂ）においては、上記した説明の理解を容易にするために、隣接するワイヤアノード同士の間隔を実際よりも広げて図示している。
【００１５】
ここで、絶縁体１２２に巻回されているワイヤアノード１２４とワイヤアノード１２６とは、いずれか一方が信号用のワイヤアノードとなされており、他方がリファレンス用のワイヤアノードとなされている。
【００１６】
同様に、絶縁体１２８に巻回されているワイヤアノード１３０とワイヤアノード１３２とは、いずれか一方が信号用のワイヤアノードとなされており、他方がリファレンス用のワイヤアノードとなされている。
【００１７】
なお、このように信号用とリファレンス用との２本のワイヤアノードを巻回する理由は、以下の通りである。
【００１８】
即ち、位置敏感時間分析型検出器１２０においては、信号用のワイヤアノードに電圧を加えて電子を収集するため、信号用のワイヤアノードは高電圧コンデンサーを介して信号を取り出さなければならない。
【００１９】
このため、信号用のワイヤアノードだけでは信号の取り出しができないので、リファレンス用のワイヤアノードが信号用のワイヤアノードとともに巻回されているものである。
【００２０】
また、信号用とリファレンス用との２本のワイヤアノードへそれぞれ電圧を印加する際には、一般的には、信号用のワイヤアノードへは５２０Ｖの電圧を印加し、リファレンス用のワイヤアノードへは４８０Ｖの電圧を印加している。
【００２１】
なお、上記した信号用とリファレンス用との２本のワイヤアノードとを用いて信号を取り出す技術は、本願出願時に公知の技術であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
以上の構成において、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００により試料１０２の表面や界面の構造解析を行うには、ビーム照射手段１０６から所定のパルス幅のパルスイオンビームを、高真空に設定された真空チャンバ１０４内に載置された試料１０２に対し照射する。
【００２３】
上記のようにして、試料１０２にパルスイオンビームが照射されると、試料１０２を構成する原子と衝突して粒子（イオン）が散乱し（図５（ａ）を参照する。）、その散乱粒子が検出部１０８によって検出される。
【００２４】
図６の３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００における信号処理システムを表すブロック構成説明図に示すように、この検出部１０８の検出結果を示す信号が、コンピューターシステムにより構築された公知の処理部２００へ送出され、処理部２００においては当該検出した信号に基づいて、公知の処理ステップにより散乱粒子の２次元の検出領域における到達位置と到達時間とを算出するとともに、算出した散乱粒子の２次元の検出領域における到達位置に基づき、図５（ｂ）に示すような散乱粒子の収量の２次元位置分布を作成する。
【００２５】
上記のようにして得られた散乱粒子の到達時間と２次元位置分布とを利用して、試料１０２の表面または界面の構造解析を行うものである。
【００２６】
この際、検出部１０８においては、まず、マイクロチャンネルプレート１１０のいずれかのチャンネル内に散乱粒子が入射すると、入射した散乱粒子がチャンネル内壁に衝突して２次電子を生じ、生じた２次電子が再びチャンネル内壁に衝突して、さらに２次電子を生じるということを繰り返すことにより、電子を増倍させる（図２（ｂ）を参照する。）。
【００２７】
このようにして増倍された電子は、マイクロチャンネルプレート１１０の出射面１１０ｂ側から出射されて、位置敏感時間分析型検出器１２０の２次元の検出領域へ入射される。
【００２８】
この位置敏感時間分析型検出器１２０の２次元の検出領域に電子が入射すると、入射した電子がワイヤアノードに衝突し、衝突した位置から電流が生じて当該ワイヤアノードの両端部に流れることとなり、こうした電流がワイヤアノードの両端部において信号として検出される。
【００２９】
このとき、処理部２００において、検出部１０８に入射した散乱粒子の２次元の検出領域における到達位置が、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２のそれぞれの両端部に現れた信号の時間差によって算出され、また、散乱粒子の到達時間（飛行時間）はワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２のそれぞれの両端部に現れた時間の和によって算出されることとなる。
【００３０】
つまり、散乱粒子の到達位置（入射位置）および到達時間は時間情報から求められるものであり、こうした時間情報は、例えば、時間／デジタル変換器（図示せず。）によって測定すればよい。
【００３１】
さらに、散乱粒子の到達時間、即ち、散乱粒子の飛行時間は、その散乱粒子のエネルギーに変換でき、当該エネルギーは散乱が起こった深さあるいはなにによって散乱したかに変換することができる。
【００３２】
上記のようにして、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００の処理部２００においては、散乱粒子の２次元の検出領域における到達位置（入射位置）および到達時間（飛行時間）を算出し、算出した到達位置およびその到達位置に到達した散乱粒子の収量などから２次元位置分布を作製して散乱粒子のブロッキングパターンを取得するとともに、取得したブロッキングパターンと算出した散乱粒子の到達時間とから試料１０２の表面または界面の構造解析を行う。
【００３３】
なお、処理部２００は、ＣＰＵ２０２、入力装置２０４、表示装置２０６、増幅器（Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０８、コンスタントフラクションディスクリミネーター（ＣＦＤ）２１０、ゲートジェネレーター（Ｇａｔｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２１２、高電圧パルスジェネレーター（Ｈｉｇｈ−ｖｏｌｔａｇｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｂｅａｍ ｐｕｌｓｅｒ）２１４、光ケーブル遅延回路（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｂｌｅ ｄｅｌａｙ）２１６、トリガー回路（Ｔｒｉｇｇｅｒ）２１８、インターラプトおよびインプット／アウトプットレジスター（ＩＮＴＥＲＲＵＰＴ ＆ Ｉ／Ｏ ＲＥＧＩＳＴＥＲ）２２０などを備えて構成されているが、こうした処理部２００における上記した信号処理技術は公知の技術であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
ところで、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２のそれぞれの両端部に現れた信号の時間情報によって、散乱粒子の到達位置や到達時間を検出する位置敏感時間分析型検出器１２０においては、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが接触することがないようにするために、絶縁体１２２の径に比べて絶縁体１２８の径が小さく設計されている。
【００３５】
ここで、ワイヤアノードを伝達する信号の速さについては、絶縁体（誘電体）中やワイヤアノードが絶縁体と接している部分を伝達する際の速さと、ワイヤアノードが絶縁体と接していない、即ち、ワイヤアノードの中空に張られている部分を伝達する際の速さとでは、両者においてその速さが異なる。
【００３６】
なお、誘電体中を伝搬する信号の速度は、以下のように表すことができる。
【００３７】
Ｖｐ＝ｃ／√εｓ
Ｖｐ：電磁波の速度（ｍ／ｓ）
ｃ ：真空中の高速の定義（ｍ／ｓ）＝２．９９７９２４５８ｅ８
εｓ ：誘電体の比誘電率（εｓ≧１）
上記の比誘電率は、温度によって変化する温度特性を持つ。
【００３８】
従来の位置敏感時間分析型検出器１２０においては、ワイヤアノード１２４、１２６が巻回された絶縁体１２２の径とワイヤアノード１３０、１３２が巻回された絶縁体１２８の径とが異なり、絶縁体１２２の径に比べて絶縁体１２８の径が小さいため、ワイヤアノード１２４、１２６が絶縁体１２２に接している長さに対して、ワイヤアノード１３０、１３２が絶縁体１２８に接している長さのほうが短くなってしまい、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２のそれぞれの両端部に現れる信号の時間情報に関して、ワイヤアノードにおける絶縁体との接触部分の長さの違いや温度変化による絶縁体（誘電体）の比誘電率の変化に起因する差異が生じてしまうこととなっていた。
【００３９】
上記した差異の生じた信号の時間情報をそのまま処理して２次元位置分布を作成すると、当該作成した２次元位置分布の像が歪んでしまい、正確に試料１０２の表面または界面の構造解析ができなくなってしまうので、従来においては、位置敏感時間分析型検出器１２０で検出された信号の時間情報を適当な補正係数によって補正する処理を行っていた。
【００４０】
しかしながら、こうした複数の要因に起因する差異を含んだ信号の時間情報を補正するには、補正係数を求めるための処理を行う必要があり、処理工程が多くなって処理が複雑になってしまい、解析作業が繁雑になるという問題点が指摘されていた。
【００４１】
なお、上記した補正係数を求めるための処理としては、例えば、以下に説明するような処理がある。
【００４２】
即ち、図７に示すように、所定の穴径（穴径は、例えば、４ｍｍφである。）を備えた円形開口部３０２をＸ方向とＹ方向とにそれぞれ所定の間隔Ｇ（間隔Ｇは、例えば、７．５ｍｍ間隔である。）を開けて複数整列させて穿設したプレート３００を準備し、そのプレート３００をマイクロチャンネルプレート１１０の前方に配置して散乱イオン測定を行う。
【００４３】
ここで、円形開口部３０２は規則正しい間隔で穿設されていることにより、本来的には散乱イオン測定により得られるイメージも規則正しい位置に信号が現れなければならない。
【００４４】
しかしながら、実際に得られたイメージは、上記した本来得られるはずのイメージとはずれたものとなるもるので、このずれを解消する補正値を補正係数として求めるものである。
【００４５】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４６】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出された信号の時間情報に対する補正処理を必要としない位置敏感分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
上記目的を達成するために、本発明は、２組の一対の絶縁体のそれぞれにワイヤアノードを張設して当該ワイヤアノード同士が互いに直交するように配置した際に、ワイヤアノードが絶縁体とそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、一方の一対の絶縁体に張設されたワイヤアノードにより形成される空間内に、他方の一対の絶縁体に張設されたワイヤアノードが配置可能なように、２組の一対の絶縁体を構成したものである。
【００４８】
即ち、本発明は、ワイヤアノードを直交して配置した検出領域を備え、該検出領域に粒子が入射することにより、該粒子の到達位置ならびに到達時間を計測するための信号を出力する位置敏感時間分析型検出器において、所定の第１の間隔を開けて配置した一対の第１の絶縁体と、上記所定の第１の間隔を開けて配置した一対の第２の絶縁体と、上記一対の第１の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の第２の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ上記一対の第１の絶縁体に巻回され、上記一対の第１の絶縁体間に張設された一方のワイヤアノードと、上記一対の第２の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の上記第２の間隔を開け、かつ、同一方向に上記所定の回数だけ上記一対の第２の絶縁体に巻回され、上記一対の第２の絶縁体間に張設された他方のワイヤアノードとを有し、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとが互いに直交するように配置してなる位置敏感時間分析型検出器であって、上記一対の第１の絶縁体と上記一対の第２の絶縁体とは、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとをそれぞれ巻回した際において、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、上記一対の第１の絶縁体に巻回された上記一方のワイヤアノードにより形成される空間内に、上記一対の第２の絶縁体に巻回された上記他方のワイヤアノードが接触することなく配置可能な形状を備えるようにしたものである。
【００４９】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、楕円柱を楕円の長軸で切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置され、上記一対の第２の絶縁体は、上記楕円柱と同一寸法の楕円柱を楕円の短軸で切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置されたようにしたものである。
【００５０】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、矩形柱を矩形の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置され、上記一対の第２の絶縁体は、上記矩形柱と同一寸法の矩形柱を矩形の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置されたようにしたものである。
【００５１】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱を、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置され、上記一対の第２の絶縁体は、上記略矩形柱と同一寸法の略矩形柱を、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置されたようにしたものである。
【００５２】
また、本発明は、上記した発明において、ワイヤアノードを直交して配置した検出領域を備え、該検出領域に粒子が入射することにより、該粒子の到達位置ならびに到達時間を計測するための信号を出力する位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、所定の第１の間隔を開けて配置される一対の第１の絶縁体を形成し、上記所定の第１の間隔を開けて配置される一対の第２の絶縁体を形成し、一方のワイヤアノードを、上記一対の第１の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の第２の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ上記一対の第１の絶縁体に巻回して上記一対の第１の絶縁体間に張設し、他方のワイヤアノードを、上記一対の第２の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の上記第２の間隔を開け、かつ、同一方向に上記所定の回数だけ上記一対の第２の絶縁体に巻回して上記一対の第２の絶縁体間に張設し、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとが互いに直交するように配置する位置敏感時間分析型検出器の作製方法であって、上記一対の第１の絶縁体と上記一対の第２の絶縁体とを、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとをそれぞれ巻回した際において、上記一方のワイヤアノードと上記他方のワイヤアノードとがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、上記一対の第１の絶縁体に巻回された上記一方のワイヤアノードにより形成される空間内に、上記一対の第２の絶縁体に巻回された上記他方のワイヤアノードが接触することなく配置可能に形成するようにしたものである。
【００５３】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、楕円柱を楕円の長軸で切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置し、上記一対の第２の絶縁体は、上記楕円柱と同一寸法の楕円柱を楕円の短軸で切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置したものである。
【００５４】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、矩形柱を矩形の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置し、上記一対の第２の絶縁体は、上記矩形柱と同一寸法の矩形柱を矩形の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置したものである。
【００５５】
また、本発明は、上記した発明において、上記一対の第１の絶縁体は、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱を、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置し、上記一対の第２の絶縁体は、上記略矩形柱と同一寸法の略矩形柱を、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して上記所定の第１の間隔を開けて配置したものである。
【００５６】
また、本発明は、検出された信号を処理して、試料の表面または界面の構造解析を行う位置敏感時間分析型検出器を用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置において、内部に試料が載置される真空チャンバと、上記試料に中エネルギーのパルスイオンビームを照射するビーム照射手段と、上記真空チャンバ内において上記試料と所定の間隔を空けて配置されるとともに、上記試料から散乱する散乱粒子の到達位置と上記散乱粒子の到達時間とを測定するための信号を検出する検出部とを有し、上記検出部は、マイクロチャンネルプレートと上記した本発明の位置敏感時間分析型検出器とにより構成されるようにしたものである。
【発明の効果】
【００５７】
本発明は、以上説明したように構成されているので、検出された信号の時間情報に対する補正処理を必要としないという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、三次元中エネルギーイオン散乱装置（３Ｄ−ＭＥＩＳ装置）を示す概略構成説明図である。
【図２】図２（ａ）は、マイクロチャンネルプレートを示す概略構成斜視説明図であり、また、図２（ｂ）は、各チャンネルにおける２次電子の発生状態を模式的に示す説明図である。
【図３】図３（ａ）は、従来の技術による位置敏感時間分析型検出器を示す概略構成斜視説明図であり、また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ矢視図である。
【図４】図４は、現在使用されている図３（ａ）（ｂ）に示す構造を備えた従来の位置敏感時間分析型検出器を斜め上方から撮影した写真である。
【図５】図５（ａ）は、照射したパルスイオンビームが試料の表面または界面を構成する原子に衝突して粒子を散乱した状態を模式的に示した説明図であり、また、図５（ｂ）は、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置において取得される２次元位置分布図の一例である。
【図６】図６は、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置における信号処理システムを表すブロック構成説明図である。
【図７】図７は、従来の位置敏感時間分析型検出器で検出された信号の時間情報を補正するための補正係数を求める処理に用いるプレートの斜視説明図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明による位置敏感時間分析型検出器を示す概略構成斜視説明図であり、また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ矢視図である。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体を示す概略構成斜視説明図であり、また、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図であり、また、図９（ｄ）は、図９（ｂ）のＤ−Ｄ線による断面図であり、また、図９（ｅ）は、絶縁体を形成する際に使用する楕円柱形状を備えた絶縁材料を示す概略構成斜視説明図である。
【図１０】図１０は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体の具体例を示す構成説明図であり、図１０（ａ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの正面図であり、また、図１０（ｂ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの左側面図であり、また、図１０（ｃ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの底面図であり、また、図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）の矢印Ｐで示す円で囲まれた部分を拡大した拡大説明図であり、図１０（ｅ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの背面図である。
【図１１】図１１は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体の具体例を示す構成説明図であり、図１１（ａ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときに正面図であり、また、図１１（ｂ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの左側面図であり、また、図１１（ｃ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの底面図であり、また、図１１（ｄ）は、図１１（ｃ）の矢印Ｑで示す円で囲まれた部分を拡大した拡大説明図であり、図１１（ｅ）は、絶縁体の楕円周面を正面としたときの背面図である。
【図１２】図１２は、ステンレスベースの具体例を示す構成説明図であり、図１２（ａ）は、ステンレスベースの正面図であり、また、図１２（ｂ）は、ステンレスベースの平面図であり、また、図１２（ｂ）は、ステンレスベースの左側面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、発明者によって作製された本発明による位置敏感時間分析型検出器を平面視から撮影した写真であり、また、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の一部を拡大した写真である。
【図１４】図１４は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体の変形例を示すための説明図であり、図１４（ａ）は、変形例としての絶縁体を形成する際に使用する四角柱形状を備えた絶縁材料を示す概略構成斜視説明図であり、また、図１４（ｂ）（ｃ）は、図１４（ａ）に示す絶縁材料を切断した状態の絶縁体の変形例を示す概略構成斜視説明図である。
【図１５】図１５は、本発明による位置敏感時間分析型検出器に用いられる絶縁体の変形例を示すための説明図であり、図１５（ａ）は、変形例としての絶縁体を生成する際に使用する略四角柱形状を備えた絶縁材料を示す概略構成斜視説明図であり、また、図１５（ｂ）（ｃ）は、図１５（ａ）に示す絶縁材料を切断した状態の絶縁体の変形例を示す概略構成斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による位置敏感時間分析型検出器、その作製方法およびそれを用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００６０】
なお、以下の説明においては、図１乃至図４を参照しながら説明した従来の位置敏感時間分析型検出器および３Ｄ−ＭＥＩＳ装置と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作用効果の説明は適宜に省略することとする。
【００６１】
まず、図８（ａ）（ｂ）および図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を参照しながら、本発明による位置敏感時間分析型検出器について説明する。
【００６２】
なお、図８（ａ）（ｂ）においては、図３（ａ）（ｂ）と同様に、本発明の理解を容易にするために、隣接するワイヤアノード同士の間隔を実際よりも広げて図示している。
【００６３】
この図８（ａ）に示す位置敏感時間分析型検出器１０は、略円柱形状を備えた一対の絶縁体１２２に代えて、楕円柱形状を備えた絶縁材料２０を楕円の長軸で切断した形状の一対の絶縁体１２を用いるとともに、略円柱形状を備えた一対の絶縁体１２８に代えて、楕円柱形状を備えた絶縁材料２０を楕円の短軸で切断した形状の一対の絶縁体１４を用いる点において、図３に示す位置敏感時間分析型検出器１２０と異なっている。
【００６４】
そして、位置敏感時間分析型検出器１０においては、軸線方向を平行に配置した一対の絶縁体１２に対して、互いに第１の所定の間隔である間隔Ｌ１を開け、かつ、同一方向に所定の回数であるｎ回（「ｎ」は、任意の正の整数である。）だけ２本のワイヤアノード１２４、１２６が巻回されており、また、軸線方向を平行に配置した一対の絶縁体１４に対して、互いに間隔Ｌ１を開け、かつ、同一方向に上記所定の回数たるｎ回だけ２本のワイヤアノード１３０、１３２が巻回されている。
【００６５】
より詳細には、絶縁体１２と絶縁体１４とは、それぞれ同一寸法の楕円柱形状を備えた絶縁材料２０をそれぞれ加工して形成されている。
【００６６】
即ち、絶縁体１２は、楕円柱形状における楕円の長軸で絶縁材料２０を切断して形成することができる（図９（ｅ）を参照する。）。
【００６７】
上記のようにして楕円の長軸で切断することにより形成された２つの部材が、一対の絶縁体１２となるものであり、これら一対の絶縁体１２が、第２の所定の間隔である間隔Ｌ２を開け、かつ、それぞれの切断面１２ｂを対向するようにして配置されている（図９（ａ）を参照する。）。
【００６８】
また、絶縁体１４は、楕円柱形状における楕円の短軸で絶縁材料２０を切断して形成することができる（図９（ｅ）を参照する。）。
【００６９】
上記のようにして楕円の短軸で切断することにより形成された２つの部材が、一対の絶縁体１４となるものであり、これら一対の絶縁体１４が、上記第２の所定の間隔である間隔Ｌ２を開け、かつ、それぞれの切断面１４ｂを対向するようにして配置されている（図９（ｂ）を参照する。）。
【００７０】
そして、上記のように配置された一対の絶縁体１２に対し、ワイヤアノード１２４、１２６が絶縁体１２の楕円周面１２ａに当接するようにしてｎ回だけ巻回され、一対の絶縁体１２間にワイヤアノード１２４、１２６が張設されている。
【００７１】
同様に、上記のように配置された一対の絶縁体１４に対し、ワイヤアノード１３０、１３２が絶縁体１４の楕円周面１４ａに当接するようにしてｎ回だけ巻回され、一対の絶縁体１４間にワイヤアノード１３０、１３２が張設されている。
【００７２】
ところで、絶縁体１２の高さＨ１は楕円柱形状を備えた絶縁材料２０における楕円の長軸に相当し、一方、絶縁体１４の高さＨ２は楕円柱形状を備えた絶縁材料２０における楕円の短軸に相当するため、必然的に絶縁体１２の高さＨ１は絶縁体１４の高さＨ２に比べて高く（長く）なる。
【００７３】
このため、絶縁体１４に巻回されたワイヤアノード１３０、１３２を、絶縁体１２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６と接することなしに、絶縁体１２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６により形成された空間Ｓ２内に挿入した状態で配置することができ（図８（ｂ）を参照する。）、これによりワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが接触することなく直交した状態に位置する２次元の検出領域が形成される。
【００７４】
ここで、同一寸法の楕円柱形状の絶縁材料２０から絶縁体１２および絶縁体１４を形成しているため、絶縁体１２の楕円周面１２ａの円弧の長さと、絶縁体１４の楕円周面１４ａの円弧の長さとは等しいものとなる。
【００７５】
即ち、ワイヤアノード１２４、１２６が一対の絶縁体１２と接触している長さ（距離）と、ワイヤアノード１３０、１３２が一対の絶縁体１４と接触している長さ（距離）とは、互いに等しいものとなる。
【００７６】
さらに、一対の絶縁体１２と一対の絶縁体１４とは、それぞれ間隔Ｌ２を開けて配置されており、こうした一対の絶縁体１２ならびに一対の絶縁体１４にそれぞれワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが間隔Ｌ１を開けてそれぞれｎ回巻回されているので、絶縁体に巻回されているワイヤアノードの長さ、つまり、ワイヤアノード１２４、１２６における点Ｑから点Ｒまでの長さとワイヤアノード１３０、１３２における点Ｓから点Ｔまでの長さとは同じ長さとなる。
【００７７】
次に、本発明による位置敏感時間分析型検出器１０を作製する際の一例について、具体的な寸法などを示しながら説明する。
【００７８】
即ち、例えば、楕円柱形状における楕円の長軸の長さが１２ｍｍ、当該楕円の短軸の長さが８ｍｍ、軸方向長さＬ３が１２０ｍｍのセラミック製の絶縁材料２０から、当該楕円の長軸において軸方向に沿って切断することにより絶縁体１２を形成するとともに、当該楕円の短軸において軸方向に沿って切断することにより絶縁体１４を形成する（図９（ｅ）を参照する。）。
【００７９】
このとき、絶縁体１２は高さＨ１が１２ｍｍ、幅Ｗ１が４ｍｍ、長さＬ４が１２０ｍｍとなり（図９（ａ）（ｃ）および図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を参照する。）、絶縁体１４は高さＨ２が８ｍｍ、幅Ｗ２が６ｍｍ、長さがＬ５が１２０ｍｍとなる（図９（ｂ）（ｄ）および図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を参照する。）。
【００８０】
こうして形成された絶縁体１２の楕円周面１２ａに、０．５ｍｍピッチで幅０．２５ｍｍ、深さ０．２ｍｍの溝１２ｃを形成する。
【００８１】
同様に、上記のようにして形成された絶縁体１４の楕円周面１４ａに、０．５ｍｍピッチで幅０．２５ｍｍ、深さ０．２ｍｍの溝１４ｃを形成する。
【００８２】
上記した溝１２ｃ内にワイヤアノード１２４、１２６が巻回されることになり、また、上記した溝１４ｃ内にワイヤアノード１３０、１３２が巻回されることになるので、所望する間隔Ｌ１の寸法に応じて溝１２ｃ、１４ｃを形成するピッチを調整すればよい。
【００８３】
そして、一対の絶縁体１４をそれぞれ切断面１４ｂが間隔Ｌ２（間隔Ｌ２は、後述するステンレスベース３０の寸法によって決定される。）を開けて対向するようにして、縦１３８ｍｍ×横１３８ｍｍの略四角板形状の非磁性のステンレスベース３０（図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照する。）の対辺に固定的にそれぞれ配設する。
【００８４】
なお、ステンレスベース３０の高さＨ３は、絶縁体１４の高さＨ２よりも低く（短く）なるように寸法設定されている。
【００８５】
絶縁体１４は、ステンレスベース３０に対して、ステンレスベース３０の外周縁面３０ａに切断面１４ｂが当接し、かつ、絶縁体１４の両端部たる端部１４ｄと端部１４ｅとが、それぞれ高さ方向においてステンレスベース３０から突出するようにして固定されている。
【００８６】
それから、ステンレスベース３０を取り囲むようにして、溝１４ｃ内に位置決めされるようにワイヤアノード１３０、１３２となる径が０．２ｍｍの２本の銅線を１ｍｍピッチ（間隔Ｌ１＝１ｍｍ）で巻き、ワイヤアノード１３０、１３２たる２本の銅線の両端部を固定する。
【００８７】
なお、この具体例においては、間隔Ｌ２は、ステンレスベース３０の寸法を適宜に設定することにより適宜に設定することができる。
【００８８】
次に、一対の絶縁体１２をそれぞれ切断面１２ｂが間隔Ｌ２を開けて対向するようにして、絶縁体１４が取り付けられていないステンレスベース３０の残りの対辺に固定的にそれぞれ配設する。
【００８９】
絶縁体１２は、ステンレスベース３０に対して、ステンレスベース３０の外周縁面３０ａに切断面１２ｂが当接し、かつ、絶縁体１２の両端部たる端部１２ｄと端部１２ｅとが、それぞれ高さ方向においてステンレスベース３０から突出するようにして固定されている。
【００９０】
それから、ステンレスベース３０を取り囲むようにして、溝１２ｃ内に位置決めされるようにワイヤアノード１２４、１２６となる径が０．２ｍｍの２本の銅線を１ｍｍピッチ（間隔Ｌ１＝１ｍｍ）で巻き、ワイヤアノード１２４、１２６たる２本の銅線の両端部を固定する。
【００９１】
これにより、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とが接触することなく直交した状態に位置する２次元の検出領域を備えた位置敏感時間分析型検出器を作製することができる。
【００９２】
換言すれば、絶縁体１２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６により形成された空間内に、絶縁体１４に巻回されたワイヤアノード１３０、１３２が接触することなく配設されることになる。
【００９３】
こうして作製された位置敏感時間分析型検出器１０において、信号用のワイヤアノードには５２０Ｖを印加し、リファレンス用のワイヤアノードには４８０Ｖを印加して散乱された散乱粒子（イオン）を検出する。
【００９４】
上記のようして作製された位置敏感時間分析型検出器１０においては、絶縁体１２の楕円周面１２ａの円弧の長さと絶縁体１４の楕円周面１４ａの円弧の長さとが等しいものとなるため、ワイヤアノード１２４、１２６が絶縁体１２に接触している長さとワイヤアノード１３０、１３２が絶縁体１４に接触している長さとが等しくなる。
【００９５】
さらに、ともに所定の間隔Ｌ２を開けて配置されている絶縁体１２ならびに絶縁体１４に対し、ワイヤアノード１２４、１２６ならびにワイヤアノード１３０、１３２がそれぞれ１ｍｍ間隔で所定の回数だけ巻回されているため、絶縁体１２に巻回されている部分のワイヤアノード１２４、１２６の長さと絶縁体１４に巻回されている部分のワイヤアノード１３０、１３２の長さとが等しくなる。
【００９６】
従って、位置敏感時間分析型検出器１０においては、各ワイヤアノードにおいて絶縁体と接触する部分の長さが全て等しくなり、また、各ワイヤアノードにおいて絶縁体と接触していない中空領域の部分の長さも等しくなるため、ワイヤアノードにおいて検出された信号の時間情報に関して各ワイヤアノード間で差異が生じることはないので、信号の時間情報の補正を行う必要がなくなる。
【００９７】
つまり、位置敏感時間分析型検出器１０においては、各ワイヤアノード間において、各ワイヤアノードを絶縁体に巻回することに起因する信号の時間情報の差異を生じることがない。
【００９８】
さらに、誘電体の比誘電率は温度によって変化するものであるが、位置敏感時間分析型検出器１０によれば、各ワイヤアノードにおいて絶縁体と接触する部分の長さが全て等しくなり、また、各ワイヤアノードにおいて絶縁体と接触していない中空領域の部分の長さも等しくなるため、温度が変化しても何らの補正を行う必要がない。
【００９９】
このように、位置敏感時間分析型検出器１０においては、ワイヤアノードと絶縁体との接触部分の長さや温度変化による絶縁体（誘電体）の比誘電率の変化に起因する信号の時間情報に関して、各ワイヤアノードで差異を生じることがない。
【０１００】
即ち、各ワイヤアノード間において、従来の技術による位置敏感時間分析型検出器１２０においては、各ワイヤアノードを絶縁体に巻回することに起因する信号の時間情報の差異を補正する処理と、ワイヤアノードと絶縁体との接触部分の長さや温度変化による絶縁体（誘電体）の比誘電率の変化に起因する信号の時間情報の差異を補正する処理を行う必要があったが、本発明による位置敏感時間分析型検出器１０においては、各ワイヤアノードを絶縁体に巻回することに起因する信号の時間情報の差異を生じることがなく、かつ、ワイヤアノードと絶縁体との接触部分の長さや温度変化による絶縁体（誘電体）の比誘電率の変化に起因する差異が生じない。
【０１０１】
このため、本発明による位置敏感時間分析型検出器１０によれば、時間情報に関する補正処理を行う必要がなくなり、処理工程を簡素化することができるものである。
【０１０２】
さらにまた、物質の表面や界面の構造解析を行う際には、散乱粒子を測定したイメージ（２次元位置分布）の回転操作を行って、ブロッキングパターンなどを観察する場合があるが、本発明による位置敏感時間分析型検出器１０においては、検出される信号の時間情報について各ワイヤアノード間で差異を生じないため、こうした際にも補正を行うことなくイメージの回転操作が可能となる。
【０１０３】
また、上記において説明した３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００において、従来の位置敏感時間分析型検出器１２０に代えて本発明による位置敏感時間分析型検出器１０を用いるようにして、位置敏感時間分析型検出器１０とマイクロチャンネルプレート１１０とにより３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００の検出部１０８を構成することができる。
【０１０４】
これにより、検出部１０８において検出された信号の時間情報に関する補正処理を行う必要がなくなるため、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００における処理工程が減少して、処理が簡素化されるようになる。
【０１０５】
また、物質の表面の汚染物評価などに用いられる飛行時間型分析二次イオン質量分析において、検出器として本発明による位置敏感時間分析型検出器１０を用いることにより、３Ｄ−ＭＥＩＳ装置１００の場合と同様に、検出された信号の時間情報に関する補正処理を行う必要がなくなるため処理工程が減少して、処理が簡素化されるようになる。
【０１０６】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形することができるものである。
【０１０７】
（１）上記した実施の形態においては、位置敏感時間分析検出装置１０において、楕円柱形状を備えた絶縁材料２０を楕円の長軸で切断した一対の絶縁体１２と、楕円柱形状を備えた絶縁材料２０を楕円の短軸で切断した一対の絶縁体１４とを用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。
【０１０８】
例えば、図１４（ａ）に示すように、矩形柱形状の絶縁材料５０を、図１４（ａ）における破線部、即ち、矩形の対向する短辺の中点において切断して一対の絶縁体５２を形成し（図１４（ｂ）を参照する。）、図１４（ａ）における一点鎖線部、即ち、矩形の対向する長辺の中点において切断して一対の絶縁体５４を形成する（図１４（ｃ）を参照する。）ようにしてもよい。
【０１０９】
そして、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２は、切断面以外の面と当接するようにして、それぞれ絶縁体５２および絶縁体５４に所定の回数だけ巻回すればよい。
【０１１０】
また、図１５（ａ）に示すように、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱の絶縁材料６０を、図１５（ａ）における破線部、即ち、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断して一対の絶縁体６２を形成し（図１５（ｂ）を参照する。）、図１５（ａ）における一点鎖線部、即ち、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断して絶縁体６４を形成する（図１５（ｃ）を参照する。）ようにしてもよい。
【０１１１】
そして、ワイヤアノード１２４、１２６およびワイヤアノード１３０、１３２は、切断面以外の面と当接するようにして、それぞれ絶縁体６２および絶縁体６４に所定の回数だけ巻回すればよい。
【０１１２】
なお、図示は省略したが、断面が菱形の柱形状を備えた絶縁材料を、当該菱形における長対角線で切断して一対の絶縁体１２に対応する絶縁体を形成し、また、当該菱形における短対角線で切断して一対の絶縁体１４に対応する絶縁体を形成するようにしてもよいことは勿論である。
【０１１３】
要するに、一対の絶縁体１２と一対の絶縁体１４とは、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とをそれぞれ巻回した際において、ワイヤアノード１２４、１２６とワイヤアノード１３０、１３２とがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、一方の一対の絶縁体である絶縁体１２に巻回されたワイヤアノード１２４、１２６により形成される空間内に、他方の一対の絶縁体である絶縁体１４に巻回されたワイヤアノード１３０、１３２が配置可能なように形状ならびに寸法を設定すればよい。
【０１１４】
（２）上記した実施の形態においては、円形状のマイクロチャンネルプレートを用いるようにしていたが、矩形状のマイクロチャンネルプレートを用いるようにしてもよいことは勿論である。
【０１１５】
（３）上記した実施の形態において示した各種の寸法は一例に過ぎず、適宜に所望の寸法を用いて設計してよいことは勿論である。
【０１１６】
（４）上記した実施の形態においては、絶縁材料２０を切断して絶縁体１２ならびに絶縁体１４を形成する場合について説明したが、絶縁体１２ならびに絶縁体１４は、絶縁材料２０を切断して得られる形状と同一の形状を備えていればよいものであり、必ずしも絶縁材料２０を切断して形成する必要はない。
【０１１７】
例えば、絶縁材料２０を切断して得られる形状と同一の形状を備えるように、射出成形により絶縁体１２や絶縁体１４を形成するようにしてもよいし、あるいは、プレス成形により絶縁体１２や絶縁体１４を形成するようにしてもよい。
【０１１８】
要するに、絶縁体１２ならびに絶縁体１４は、絶縁材料２０を切断して得られる形状と同一の形状を備えていればよいので、絶縁材料２０を切断する手法以外に各種の手法を用いて絶縁体１２ならびに絶縁体１４を形成してもよいことは勿論である。
【０１１９】
（５）上記した実施の形態においては、信号用とリファレンス用との２本のワイヤアノードを用いた場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、リファレンス用のワイヤアノードを用いなくてもよい場合には、１本のワイヤアノードのみを用いてこれを信号用とすればよい。
【０１２０】
（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、照射したイオンビームにより生じた散乱粒子を検出して物質の表面や界面を計測する際に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０、１２０ 位置敏感時間分析型検出器
１２、１４、５２、５４、６２、６４、１２２、１２８ 絶縁体
２０、５０、６０ 絶縁材料
３０ ステンレスベース
１２４、１２６、１３０、１３２ ワイヤアノード
１００ ３Ｄ−ＭＥＩＳ装置
１０２ 試料
１０４ 真空チャンバ
１０６ ビーム照射手段
１０８ 検出部
１１０ マイクロチャンネルプレート
２００ 処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤアノードを直交して配置した検出領域を備え、該検出領域に粒子が入射することにより、該粒子の到達位置ならびに到達時間を計測するための信号を出力する位置敏感時間分析型検出器において、
所定の第１の間隔を開けて配置した一対の第１の絶縁体と、
前記所定の第１の間隔を開けて配置した一対の第２の絶縁体と、
前記一対の第１の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の第２の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ前記一対の第１の絶縁体に巻回され、前記一対の第１の絶縁体間に張設された一方のワイヤアノードと、
前記一対の第２の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の前記第２の間隔を開け、かつ、同一方向に前記所定の回数だけ前記一対の第２の絶縁体に巻回され、前記一対の第２の絶縁体間に張設された他方のワイヤアノードと
を有し、
前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとが互いに直交するように配置してなる位置敏感時間分析型検出器であって、
前記一対の第１の絶縁体と前記一対の第２の絶縁体とは、前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとをそれぞれ巻回した際において、前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、前記一対の第１の絶縁体に巻回された前記一方のワイヤアノードにより形成される空間内に、前記一対の第２の絶縁体に巻回された前記他方のワイヤアノードが接触することなく配置可能な形状を備えた
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の位置敏感時間分析型検出器において、
前記一対の第１の絶縁体は、楕円柱を楕円の長軸で切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置され、
前記一対の第２の絶縁体は、前記楕円柱と同一寸法の楕円柱を楕円の短軸で切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置された
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器。
【請求項３】
請求項１に記載の位置敏感時間分析型検出器において、
前記一対の第１の絶縁体は、矩形柱を矩形の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置され、
前記一対の第２の絶縁体は、前記矩形柱と同一寸法の矩形柱を矩形の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置された
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器。
【請求項４】
請求項１に記載の位置敏感時間分析型検出器において、
前記一対の第１の絶縁体は、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱を、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置され、
前記一対の第２の絶縁体は、前記略矩形柱と同一寸法の略矩形柱を、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置された
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器。
【請求項５】
ワイヤアノードを直交して配置した検出領域を備え、該検出領域に粒子が入射することにより、該粒子の到達位置ならびに到達時間を計測するための信号を出力する位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、
所定の第１の間隔を開けて配置される一対の第１の絶縁体を形成し、
前記所定の第１の間隔を開けて配置される一対の第２の絶縁体を形成し、
一方のワイヤアノードを、前記一対の第１の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の第２の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ前記一対の第１の絶縁体に巻回して前記一対の第１の絶縁体間に張設し、
他方のワイヤアノードを、前記一対の第２の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の前記第２の間隔を開け、かつ、同一方向に前記所定の回数だけ前記一対の第２の絶縁体に巻回して前記一対の第２の絶縁体間に張設し、
前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとが互いに直交するように配置する位置敏感時間分析型検出器の作製方法であって、
前記一対の第１の絶縁体と前記一対の第２の絶縁体とを、前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとをそれぞれ巻回した際において、前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、前記一対の第１の絶縁体に巻回された前記一方のワイヤアノードにより形成される空間内に、前記一対の第２の絶縁体に巻回された前記他方のワイヤアノードが接触することなく配置可能に形成する
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器の作製方法。
【請求項６】
請求項５に記載の位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、
前記一対の第１の絶縁体は、楕円柱を楕円の長軸で切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置し、
前記一対の第２の絶縁体は、前記楕円柱と同一寸法の楕円柱を楕円の短軸で切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置した
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器の作製方法。
【請求項７】
請求項５に記載の位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、
前記一対の第１の絶縁体は、矩形柱を矩形の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置し、
前記一対の第２の絶縁体は、前記矩形柱と同一寸法の矩形柱を矩形の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置した
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器の作製方法。
【請求項８】
請求項５に記載の位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、
前記一対の第１の絶縁体は、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱を、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置し、
前記一対の第２の絶縁体は、前記略矩形柱と同一寸法の略矩形柱を、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置した
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器の作製方法。
【請求項９】
検出された信号を処理して、試料の表面または界面の構造解析を行う位置敏感時間分析型検出器を用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置において、
内部に試料が載置される真空チャンバと、
前記試料に中エネルギーのパルスイオンビームを照射するビーム照射手段と、
前記真空チャンバ内において前記試料と所定の間隔を空けて配置されるとともに、前記試料から散乱する散乱粒子の到達位置と前記散乱粒子の到達時間とを測定するための信号を検出する検出部と
を有し、
前記検出部は、マイクロチャンネルプレートと請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の位置敏感時間分析型検出器とにより構成される
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器を用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置。
【請求項１】
ワイヤアノードを直交して配置した検出領域を備え、該検出領域に粒子が入射することにより、該粒子の到達位置ならびに到達時間を計測するための信号を出力する位置敏感時間分析型検出器において、
所定の第１の間隔を開けて配置した一対の第１の絶縁体と、
前記所定の第１の間隔を開けて配置した一対の第２の絶縁体と、
前記一対の第１の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の第２の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ前記一対の第１の絶縁体に巻回され、前記一対の第１の絶縁体間に張設された一方のワイヤアノードと、
前記一対の第２の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の前記第２の間隔を開け、かつ、同一方向に前記所定の回数だけ前記一対の第２の絶縁体に巻回され、前記一対の第２の絶縁体間に張設された他方のワイヤアノードと
を有し、
前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとが互いに直交するように配置してなる位置敏感時間分析型検出器であって、
前記一対の第１の絶縁体と前記一対の第２の絶縁体とは、前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとをそれぞれ巻回した際において、前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、前記一対の第１の絶縁体に巻回された前記一方のワイヤアノードにより形成される空間内に、前記一対の第２の絶縁体に巻回された前記他方のワイヤアノードが接触することなく配置可能な形状を備えた
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の位置敏感時間分析型検出器において、
前記一対の第１の絶縁体は、楕円柱を楕円の長軸で切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置され、
前記一対の第２の絶縁体は、前記楕円柱と同一寸法の楕円柱を楕円の短軸で切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置された
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器。
【請求項３】
請求項１に記載の位置敏感時間分析型検出器において、
前記一対の第１の絶縁体は、矩形柱を矩形の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置され、
前記一対の第２の絶縁体は、前記矩形柱と同一寸法の矩形柱を矩形の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置された
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器。
【請求項４】
請求項１に記載の位置敏感時間分析型検出器において、
前記一対の第１の絶縁体は、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱を、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置され、
前記一対の第２の絶縁体は、前記略矩形柱と同一寸法の略矩形柱を、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置された
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器。
【請求項５】
ワイヤアノードを直交して配置した検出領域を備え、該検出領域に粒子が入射することにより、該粒子の到達位置ならびに到達時間を計測するための信号を出力する位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、
所定の第１の間隔を開けて配置される一対の第１の絶縁体を形成し、
前記所定の第１の間隔を開けて配置される一対の第２の絶縁体を形成し、
一方のワイヤアノードを、前記一対の第１の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の第２の間隔を開け、かつ、同一方向に所定の回数だけ前記一対の第１の絶縁体に巻回して前記一対の第１の絶縁体間に張設し、
他方のワイヤアノードを、前記一対の第２の絶縁体に当接するようにして、互いに所定の前記第２の間隔を開け、かつ、同一方向に前記所定の回数だけ前記一対の第２の絶縁体に巻回して前記一対の第２の絶縁体間に張設し、
前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとが互いに直交するように配置する位置敏感時間分析型検出器の作製方法であって、
前記一対の第１の絶縁体と前記一対の第２の絶縁体とを、前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとをそれぞれ巻回した際において、前記一方のワイヤアノードと前記他方のワイヤアノードとがそれぞれ当接する距離が同一となり、かつ、前記一対の第１の絶縁体に巻回された前記一方のワイヤアノードにより形成される空間内に、前記一対の第２の絶縁体に巻回された前記他方のワイヤアノードが接触することなく配置可能に形成する
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器の作製方法。
【請求項６】
請求項５に記載の位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、
前記一対の第１の絶縁体は、楕円柱を楕円の長軸で切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置し、
前記一対の第２の絶縁体は、前記楕円柱と同一寸法の楕円柱を楕円の短軸で切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置した
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器の作製方法。
【請求項７】
請求項５に記載の位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、
前記一対の第１の絶縁体は、矩形柱を矩形の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置し、
前記一対の第２の絶縁体は、前記矩形柱と同一寸法の矩形柱を矩形の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置した
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器の作製方法。
【請求項８】
請求項５に記載の位置敏感時間分析型検出器の作製方法において、
前記一対の第１の絶縁体は、矩形形状の四角に対して同じ曲率のＲ加工が施された略矩形形状の断面を有する略矩形柱を、略矩形形状の対向する短辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置し、
前記一対の第２の絶縁体は、前記略矩形柱と同一寸法の略矩形柱を、略矩形形状の対向する長辺の中点において切断した形状を備えるように形成するとともに、該切断した形状における切断面を対向して前記所定の第１の間隔を開けて配置した
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器の作製方法。
【請求項９】
検出された信号を処理して、試料の表面または界面の構造解析を行う位置敏感時間分析型検出器を用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置において、
内部に試料が載置される真空チャンバと、
前記試料に中エネルギーのパルスイオンビームを照射するビーム照射手段と、
前記真空チャンバ内において前記試料と所定の間隔を空けて配置されるとともに、前記試料から散乱する散乱粒子の到達位置と前記散乱粒子の到達時間とを測定するための信号を検出する検出部と
を有し、
前記検出部は、マイクロチャンネルプレートと請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の位置敏感時間分析型検出器とにより構成される
ことを特徴とする位置敏感時間分析型検出器を用いた三次元中エネルギーイオン散乱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−４７７８６（Ｐ２０１１−４７７８６Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９６２８９（Ｐ２００９−１９６２８９）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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