Characterization of F-irradiated graphite surfaces using photon-stimulated desorption spectroscopy

電子及びイオン検出法を利用したXAFS分光法による低エネルギーイオン照射により表面修正したグラファイトの最表面解析

関口 哲弘  ; 馬場 祐治  ; 下山 巖   ; Nath, K. G.

Sekiguchi, Tetsuhiro; Baba, Yuji; Shimoyama, Iwao; Nath, K. G.

部分電子収量(PEY)法と光刺激イオン脱離(PSID)法とを組合せた新しいX線吸収端微細構造(NEXAFS)分光法の開発を行った。その開発された検出器を用いてFイオン照射により表面修飾を施したグラファイト最表面における結合配向を調べた。PEY法により測定されたフッ素1s内殻励起準位の角度依存NEXAFSスペクトルには大きな偏光角度依存は認められなかった。それに対し、飛行時間質量分析法によりFイオンを検出し、その収量を縦軸とするNEXAFSスペクトルを得た。Fイオン収量スペクトルは吸収スペクトルと異なり=C-Fサイトに由来する*(C-F)励起において強度増強された。またそのピークのみピーク面積が顕著に偏光角度に依存した。イオン脱離と二次電子放出のそれぞれの観測深さを見積もり考察を行った。イオン収量XAFSは表面敏感であり、電子収量XAFSはバルク敏感であると結論した。またHイオンやFイオンの収量XAFSスペクトルも表面構造や解離・脱離過程に関して有用な知見を与えることもわかった。

We investigated the orientation nature at the top-most layers of F-irradiated graphite using polarization dependent near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy which incorporates partial electron yield (PEY) detection and photon-stimulated ion desorption (PSID) techniques. The fluorine K-edge NEXAFS spectra conducted in PEY mode show no significant dependence on polarization angles. In contrast, NEXAFS spectra recorded in F ion yield mode show enhanced yields at a feature of 689.4 eV assigned as a *(C-F) state relevant to =C-F sites, which depend on polarization angles. The C-F bonds prefer relatively tilting down the surface at the top-most layer, while the C-F bonds are randomly directed at deeper regions. We conclude that the difference in the orientation structures between the top surface and bulk is reflected in the NEXAFS recorded in the two different detection modes. It was also found that H- and F- PSID NEXAFS spectra are helpful in understanding desorption mechanism, thus in analysing NEXAFS data.