ブックタイトル日本結晶学会誌Vol55No5

概要

日本結晶学会誌Vol55No5

高分解能EELSによる六方晶ダイヤモンド粒子の誘電特性これまでにEELS測定を用いたh-DIAの電子構造の解明が試みられてきた. 9)しかし,報告されたh-DIAのEELS測定結果は, c-DIAとの違いを明確にするまでには至っていない.それは,これまでのTEMを用いたEELS測定では,エネルギー分解能が十分ではなかったことが原因である.EELS測定のエネルギー分解能は,照射電子のエネルギー分布に対応する.汎用型TEMの電子銃から放出される電子のエネルギー分布幅は, LaB 6電子銃で2 eV程度,ショットキータイプの電界放出型電子銃で0.8 eV程度であり,詳細な電子構造の違いを解明するには不十分である.よりエネルギー分布幅の狭い照射電子プローブを得るためには,モノクロメータを搭載することが必要である.われわれの研究グルーブでは,これまでにモノクロメータ電子顕微鏡の開発を行い,エネルギー分解能0.2 eV以下のEELS測定が物質の電子構造解明に有用であることを示してきた. 10)近年,日本電子㈱と共同で,モノクロメータを搭載した汎用型分析電子顕微鏡の開発がなされ, 11)直径1～2 nmの測定領域から, 0.1 eV以下のエネルギー分解能のEELSスペクトルを取得することが可能になった.本研究では,六方晶ダイヤモンドの電子構造の実験的解明を行うため,モノクロメータ分析電子顕微鏡を用いた高エネルギー分解能EELS測定を行った結果を報告する.価電子励起スペクトルからKramers-Kronig解析により誘電関数を導出し,バンドギャップエネルギー,バンド間遷移エネルギーの特定を行った.内殻電子励起スペクトルの測定を行い伝導帯状態密度（DOS）分布の実験的取得にも成功した.いずれのスペクトルも,立方晶ダイヤモンドとは異なるスペクトル強度分布を示し,電子構造の違いを観測することに初めて成功した.電関数はε1 ? 1,ε2≪1とみなすことができるため,損失関数Im［?1/ε］＝ε2/（ε2 1＋ε2 2）?ε2と近似することができ,X線吸収スペクトルとほぼ同じ解釈ができる. Core-Lossスペクトル強度立ち上がり位置から20～30 eV程度までの強度分布は伝導帯の状態密度分布に対応している.3．実験本研究で用いた分析電子顕微鏡（図2）のモノクロメータ電子銃は,ショットキー型電子銃（ZrO/W111）と2段のエネルギーフィルター（ウィーンフィルター）で構成されている. 10)電子銃から放出された電子は,初段のエネルギーフィルターによりエネルギー選択スリット上にエネルギー分散される.スリットを通過して単色化された電子は, 2段目のエネルギーフィルターによりエネルギー分散がキャンセルされ,加速管手前で一点にフォーカスする.そのため,試料上でエネルギー分布幅が小さく直径1～2 nmの電子プローブを作ることができる.試料中で非弾性散乱された電子は,オメガフィルターにより分光されEELSスペクトルを形成する.モノクロメータ部より下の照射系・結像系レンズシステム,試料位置や傾きをコントロールするゴニオメータ,非弾性散乱電2．電子エネルギー損失分光（EELS）法高エネルギーに加速された電子が薄膜試料に入射すると,試料中の電子との相互作用によりエネルギーを損失した非弾性散乱電子が透過してくる.この非弾性散乱電子を,磁場を用いたエネルギーフィルターで分光し,損失エネルギーを測定する手法がEELS法である.入射電子がエネルギーを失う要因は,1）固体中の価電子による集団振動（プラズモン）励起2）固体中の価電子による一電子励起3）内殻軌道電子の伝導帯非占有状態への励起が主に挙げられる.1）,2）は損失エネルギー50 eV以下の価電子励起スペクトル（Low-Lossスペクトル）に寄与している.このスペクトルの強度分布は損失関数Im［?1/ε（ω）］に比例し（ε（ω）は複素誘電関数：ε（ω）＝ε1（ω）＋iε2（ω））,解析することで誘電的特性を調べることができる.3）のエネルギー損失は50 eV以上の領域のEELSスペクトルに主に寄与し,内殻電子励起スペクトル（Core-Lossスペクトル）と呼ばれる. 50 eV以上のエネルギー領域での誘日本結晶学会誌第55巻第5号（2013）図2モノクロメータ分析電子顕微鏡模式図.（Schimaticdiagrame of Monochromator analitical transmissionelectron microscope.）モノクロメータはショットキー型電子銃と2段ウィーンフィルターから構成されている.非弾性散乱電子はオメガフィルターにより分光され, EELSスペクトルを得る.303