Cathode shape dependence of gas ionization chamber on electron collection in - telescope ERDA

- telescope ERDAの電離電子収集におけるガス電離箱の陰極形状依存性

原山 勲  ; 廣瀬 靖*; 関場 大一郎*

Harayama, Isao; Hirose, Yasushi*; Sekiba, Daiichiro*

-テレスコープERDA(Elastic Recoil Detection Analysis:反跳原子検出法)は、複数の軽元素を含む薄膜の組成分析に有効なイオンビーム表面分析手法である。複合アニオン化合物中の組成比O/Nの決定を目的とし、-テレスコープERDA装置を開発した。本装置では、反跳原子をガス電離箱で測定する。ガス電離箱では、通常用いられる平板形状の陰極ではなく、電極サイズを小さくしたU字形状の陰極を用いた。U字形状の陰極は、電離電子を陽極に収束して移動させる電場を形成するため、電極が小さくても電離電子を全量回収することができる。電極の小型化は、ガス電離箱自体のコンパクト化につながる。一方で、電離電子の収集効率や、ERDAの定量性など、陰極形状の違いによる影響については今まで検証されてこなかった。そこで本研究では、平板形状とU字形状の陰極でそれぞれ標準試料であるSrTiO基板について、-テレスコープERDA測定を実施することで、陰極形状の違いによる影響の評価を行った。いずれの陰極形状においても、Oの信号強度は誤差範囲で一致しており、Oの定量結果は陰極形状によらず同じ結果を示すことが分かった。これは、ガス電離箱の電極形状が非平行平板であっても定量性を損なうことなく、また、ある程度電極形状は自由度を持つことを意味している。今後、非平行平板を用いることで、ビームラインへの設置が簡便な、よりコンパクトなガス電離箱の開発が期待される。

- telescope elastic recoil detection analysis (ERDA) is a helpful ion beam analysis (IBA) technique for the absolute quantification of multiple light elements in thin films. We have developed a compact - telescope ERDA system to estimate a composition ratio of oxygen and nitrogen in metal oxynitride thin films. Our - telescope ERDA system employs a gas ionization chamber (GIC), which consisted of a U-shaped cathode, while a planar shaped cathode is widely utilized for GICs. The shape of U-shaped cathode is useful to downsize the GIC. The difference of performance between the U-shaped and planar shaped cathodes, however, has not been studied well, yet. In this study, we quantitatively evaluated the influence using the U-shaped cathode on - telescope ERDA. In order to compare the performance of the U-shaped and planar shaped cathode, we measured SrTiO bulk samples as a standard with them. There is no significant difference between the two cathodes from the viewpoint of O recoil yields. These results show that the U-shaped cathode can also be used safely for - telescope ERDA, and that GICs have a flexibility in the electrode shape, which is useful to make GICs more compact.