低エネルギー逆光電子分光法

LEIPS(Low Energy Inverse Photoelectron Spectroscopy)

低エネルギー逆光電子分光法 NEW

KEY FEATURES

  • 「逆」光電子スペクトルから非占有準位の情報を取得

  • 電子親和力の測定

  • 有機物の低損傷分析

  • XPS, UPSとの同一点分析


 

分析例

同一試料の占有準位と非占有準位の測定

LEIPS で得られる非占有準位のエネルギーと、UPS(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)で得られる占有準位のエネルギーから、バンドの全体像がわかります。LEIPS と UPS を相補的に組み合わせることで、半導体試料の電子と空孔の両方の準位を知ることができます。

また、LEIPS の最低空分子軌道(LUMO / Lowest Unoccupied Molecular Orbital)から電子親和力が、UPSの最高被占分子軌道(HOMO / Highest Occupied Molecular Orbital)からイオン化エネルギーが得られ、その差から半導体のバンドギャップの大きさがわかります。

図1. 銅フタロシアニン薄膜試料 の LEIPS と UPS スペクトル

図1. 銅フタロシアニン薄膜試料 の LEIPS と UPS スペクトル

電子親和力の測定

LEIPSでは、光検出器のバンドパスフィルターを交換して、検出する光のエネルギー(hν)を変えることができます。電子親和力の測定にあたって、使用したバンドパスエネルギーとその時の立ち上がり(オンセット)エネルギーをプロットすると、直線的に変化し、ゼロ点への外挿値がわかります。これにより、従来の逆光電子分光法では1種類のバンドパスで測定していた電子親和力の測定をさらに高精度に測定することが可能です。

バンドパスフィルターを交換して測定した
LEIPSスペクトル

バンドパスフィルターを交換して測定した LEIPSスペクトル

銅フタロシアニン薄膜試料(ITO上に10 nm製膜)の LEIPS スペクトル
バンドパスフィルター(BPF)を変更して測定

電子親和力の決定
 

電子親和力の決定

光のバンドパスエネルギーに対する LEIPS スペクトルの立ち上がり(オンセット)エネルギーのプロット

試料提供:有機光エレクトロニクス実用化開発センター(i3-opera)

有機物の低損傷分析

LEIPS は、5 eV以下の電子を一次プローブとすることで有機物の低損傷分析を実現します。C60 薄膜に対して長時間の LEIPS 測定を行った結果と、従来の逆光電子分光測定と同等の10 eVの電子を一定期間照射後に取得した LEIPS 測定結果を示します。LEIPS では長時間の積算においてもスペクトル形状の変化がないのに対して、10 eVの電子照射後はスペクトル形状に変化が見られることから電子による損傷がわかります。

電子のエネルギー5 eV 以下で測定した C60 薄膜試料の LEIPS スペクトル

電子のエネルギー5 eV 以下で測定した
C60 薄膜試料の LEIPS スペクトル

同電流で10 eV の電子を10~60分照射後の C60 薄膜試料の LEIPS スペクトル

同電流で10 eV の電子を10~60分照射後の
C60 薄膜試料の LEIPS スペクトル

試料提供:有機光エレクトロニクス実用化開発センター(i3-opera)

LEIPS と XPS, UPS の同一点分析

PHI 5000 VersaProbe III では、独自の装置構成により、LEIPS や UPS、AES、REELS (Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy)、Ar クリーニング、また有機材料に有効な GCIB クリーニング、中和まですべてを XPS 分析位置において行うことができます。多様な手法の同一点照射を容易に実現できるため、試料の多面的な評価に大きく貢献します。

試料周りの模式図

試料周りの模式図


 

LEIPSの原理

LEIPS と UPS による半導体試料測定のエネルギーダイアグラムを示します。LEIPS は、電子(e-)を照射して発生する光(hν)を測定し、非占有準位を分析します。一方 UPS は、光(hν)を照射して発生する光電子(e-)を測定することで占有準位を分析します。光と電子の役割を逆にすることで、LEIPS は電子親和力などの直接測定が可能になります。

UPS と LEIPS のエネルギーダイアグラム

UPS と LEIPS のエネルギーダイアグラム


 

LEIPS の特長(VersaProbe III オプション)

LEIPS:Low Energy Inverse Photoelectron Spectroscopy(低エネルギー逆光電子分光法)(*1,2,3)

逆光電子分光法は、電子を試料に照射して発生する光を測定する手法です。LEIPSは、従来の逆光電子分光とは大きく異なり、5 eV以下の低エネルギー電子で近紫外光を測定します。このため、電子照射による有機試料の損傷が大幅に抑制されるほか、発生した光を大気中に導き検出することができます。

模式図に示すように、発生した近紫外光は、バンドパスフィルターを通して光電子倍増管で検出されます。光検出器が大気側にあるため、光のエネルギーを選別するバンドパスフィルターを容易に交換することができます。

LEIPS の模式図

LEIPS の模式図

 

【LEIPS と 従来の逆光電子分光装置の違い】

項目 LEIPS 従来の逆光電子分光装置
試料の分析位置 XPS, UPSと同一点分析が可能
Ar銃、GCIB銃も同一位置の照射が可能
XPS, UPSと別位置での分析
試料搬送が必要
電子のエネルギー 5 eV以下
有機物に対して低損傷
~ 10 eV
有機物に対する損傷が大きい 
光エネルギーの選択 大気中でバンドパスフィルターの交換が可能  事実上不可能 
エネルギー分解能 0.45 eV以下 ~ 0.6 eV

 


 

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XPS

 

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