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TIME-RESOLVED PHOTOEMISSION ELECTRON MICROSCOPE DEVICE AND METHOD FOR ACQUIRING CARRIER DYNAMICS IMAGE USING SAID DEVICE

Foreign code F180009529
File No. S2017-0249-C0
Posted date Nov 2, 2018
Country WIPO
International application number 2018JP004734
International publication number WO 2018159272
Date of international filing Feb 9, 2018
Date of international publication Sep 7, 2018
Priority data
  • P2017-037139 (Feb 28, 2017) JP
Title TIME-RESOLVED PHOTOEMISSION ELECTRON MICROSCOPE DEVICE AND METHOD FOR ACQUIRING CARRIER DYNAMICS IMAGE USING SAID DEVICE
Abstract This time-resolved photoemission electron microscope device has a laser light source (1) for repeated variable frequency output of pulses having a pulse width at the femtosecond level or lower, a pump light generation unit for subjecting the light output from the laser light source to wavelength conversion and thereby generating pump light (8) for exciting photocarriers of a sample, and a probe light generation unit for subjecting the light output from the laser light source to wavelength conversion and thereby generating probe light (7) for causing the photocarriers excited by the pump light to be emitted from the sample through the photoelectric effect. At least one from among the energy of the pump light and probe light is continuously variable.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Repetition frequency, wavelength and pulse laser light is fixed to the electron microscope is used as an excitation light source, the pump, probe method to observe the behavior of electrons in the metal material in accordance with the method already proposed (see non-patent document 1).On the other hand, unlike the metal material, a high resistance semiconductor materials and the insulator can be directly observe the behavior of electrons in the development of devices has been strongly requested.Femtosecond scale in order to achieve high temporal resolution, the pulse width of femtosecond level necessary to use a femtosecond pulse laser.Femtosecond pulsed laser is irradiated to the sample and, in the sample instantaneously generated an electron deficient and therefore the sample is charged, electron microscopy and electron microscopy imaging of the observation apparatus such as carrier dynamics is not easy to make.
Femtosecond pulsed laser of the pulse of the photon density can be reduced by irradiating the femtosecond pulsed laser in the influence of charging of the sample can be reduced.However, a femtosecond pulse laser in the case where the pulse of the photon density is reduced, and may lead to a long measurement time, the ratio of signal to noise ratio (signal-noise ratio,SN) may become low.
In order to solve the above problems, the inventors of the present invention, a variable repetition frequency femtosecond pulse laser light source and the pump-probe method and a combination of electron microscopy and time-resolved electron microscopy device (see Patent Document 1) has been proposed.Patent Document 1 described in the electron microscope, it is possible to prevent the charge of the sample thus, the dynamics of the carrier in the semiconductor, a high time resolution and high spatial resolution can be observed.
Scope of claims (In Japanese)請求の範囲
[請求項1]
 パルス幅がフェムト秒レベル以下であり且つ繰り返し周波数が可変であるパルスを出力するレーザー光源と、
 前記レーザー光源から出力される光の波長を変換して、試料の光キャリアを励起するポンプ光を生成するポンプ光生成部と、
 前記レーザー光源から出力される光の波長を変換して、前記ポンプ光によって励起された光キャリアを光電効果によって前記試料から放出するプローブ光を生成するプローブ光生成部と、を有し、
 前記ポンプ光および前記プローブ光の少なくとも一方のエネルギーは、連続的に変更可能である、ことを特徴とする、時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項2]
 前記プローブ光生成部は、前記プローブ光のエネルギーを連続的に変更可能である、請求項1に記載の時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項3]
 前記プローブ光生成部は、前記レーザー光源から出力される光の波長を変換する光パラメトリック増幅器を有する、請求項2に記載の時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項4]
 前記プローブ光生成部は、光パラメトリック増幅器によって波長が変換された光から前記プローブ光を生成する高次高調波発生装置を更に有する、請求項2に記載の時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項5]
 前記プローブ光生成部がエネルギーを変更可能な範囲は、観測対象となる試料の電子親和力、イオン化エネルギーまたは仕事関数に対して±3eV以内である、請求項2~4の何れか1項に記載の時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項6]
 前記プローブ光の集光位置およびサイズを一定に保持する集光レンズステージを更に有する、請求項2~5の何れか1項に記載の時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項7]
 前記集光レンズステージは、集光レンズと、前記集光レンズを位置を移動する駆動素子とを有する、請求項6に記載の時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項8]
 前記ポンプ光生成部は、前記ポンプ光のエネルギーを連続的に変更可能である、請求項1~7の何れか1項に記載の時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項9]
 前記レーザー光源は、前記ポンプ光生成部に光を出力する第1レーザー光源と、前記プローブ光生成部に光を出力する第2レーザー光源と、前記第1レーザー光源および第2レーザー光源が光を出力するタイミングを制御するタイミング制御装置と、を有する請求項2~8の何れか1項に記載の時間分解光電子顕微鏡装置。
[請求項10]
 ポンプ光を前記試料に照射して試料の光キャリアを励起し、プローブ光を前記試料に照射して前記ポンプ光によって励起された光キャリアを光電効果によって前記試料から放出する前記試料から放出された光キャリアを観察する時間分解光電子顕微鏡装置を使用して光励起されたキャリアダイナミクス画像を取得する方法であって、
 前記プローブ光のエネルギーを、前記試料の電子親和力または仕事関数に対し±3eV以内の範囲で連続的に可変して、光電子放出強度を測定し、
 前記光電子放出強度の経時変化から前記試料の観測対象領域の仕事関数を求め、
 前記求めた仕事関数に応じた値を前記プローブ光のエネルギーに決定し、
 前記決定されたプローブ光エネルギーで、キャリアダイナミクス画像を取得する、
 キャリアダイナミクス画像の取得方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
  • INTER-UNIVERSITY RESEARCH INSTITUTE CORPORATION HIGH ENERGY ACCELERATOR RESEARCH ORGANIZATION
  • Inventor
  • KOSHIHARA, Shinya
  • FUKUMOTO, Keiki
IPC(International Patent Classification)
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