JPH0378946B2 - - Google Patents
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- JPH0378946B2 JPH0378946B2 JP58191782A JP19178283A JPH0378946B2 JP H0378946 B2 JPH0378946 B2 JP H0378946B2 JP 58191782 A JP58191782 A JP 58191782A JP 19178283 A JP19178283 A JP 19178283A JP H0378946 B2 JPH0378946 B2 JP H0378946B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/60—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using electron paramagnetic resonance
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子スピン共鳴装置に関し、特に空胴
共振器に代えて電磁ホーンを用いて試料にマイク
ロ波を印加するようにした電子スピン共鳴装置に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electron spin resonance apparatus, and more particularly to an electron spin resonance apparatus in which an electromagnetic horn is used instead of a cavity resonator to apply microwaves to a sample.
一般に電子スピン共鳴装置では、試料を空胴共
振器内に挿入して測定を行う。この方法は測定感
度が高いという大きな特徴を持つものの、(a)空胴
共振器の中に試料を入れる関係上、試料の形状及
び大きさに制限がある(従来の装置では高々10mm
φの円柱状)、(b)共振条件があるため、試料に印
加するマイクロ波の周波数を任意に選ぶことがで
きない、等の欠点があつた。 Generally, in an electron spin resonance apparatus, a sample is inserted into a cavity resonator to perform measurements. Although this method has the great feature of high measurement sensitivity, (a) there are limitations on the shape and size of the sample due to the fact that the sample is placed inside the cavity (conventional equipment has a maximum of 10 mm);
(b) Due to the resonance condition, the frequency of the microwave applied to the sample cannot be arbitrarily selected.
この欠点を除くため、空胴共振器を用いない第
1図に示す基本構成を持つ電子スピン共鳴装置が
特願昭57−215075号(特開昭59−105551号)に提
案されている。同図において、1,2は対向配置
された扇形電磁ホーンである。図示しないマイク
ロ波発振器で発生し、導波管を介して導かれたマ
イクロ波は電磁ホーン1から電磁ホーン2へ向け
て放射される。この2つの電磁ホーンの間に試料
を入れた試料管あるいはウエハー状試料などの被
験試料3が配置されると共に、例えば図において
矢印で示す方向に直流磁場が印加される。電子ス
ピン共鳴により試料がマイクロ波を吸収すると、
電磁ホーン2に入射するマイクロ波電力が変化す
るため、その変化に基づいて試料の電子スピン共
鳴を検出することができる。 In order to eliminate this drawback, an electron spin resonance apparatus having the basic configuration shown in FIG. 1 without using a cavity resonator has been proposed in Japanese Patent Application No. 57-215075 (Japanese Patent Application Laid-open No. 59-105551). In the figure, numerals 1 and 2 are fan-shaped electromagnetic horns arranged opposite to each other. Microwaves generated by a microwave oscillator (not shown) and guided through a waveguide are radiated from an electromagnetic horn 1 toward an electromagnetic horn 2. A test sample 3 such as a sample tube containing a sample or a wafer-shaped sample is placed between these two electromagnetic horns, and a DC magnetic field is applied, for example, in the direction indicated by the arrow in the figure. When a sample absorbs microwaves due to electron spin resonance,
Since the microwave power incident on the electromagnetic horn 2 changes, the electron spin resonance of the sample can be detected based on the change.
この装置によれば、2つのホーンの間の比較的
大きな空間に試料を配置することができるため、
任意の形状及び大きさの試料について電子スピン
共鳴測定を行うことができ、例えば半導体ウエハ
ー、アモルフアスシリコンウエハー、バブルメモ
リウエハーなど大寸法のウエハーについても破壊
することなく測定を行うことができるという大き
な効果が得られる。又、共振器が無いので、マイ
クロ波の周波数も任意に選択することが可能とな
る。 According to this device, the sample can be placed in a relatively large space between the two horns, so
Electron spin resonance measurements can be performed on samples of any shape and size, and for example, large wafers such as semiconductor wafers, amorphous silicon wafers, and bubble memory wafers can be measured without being destroyed. Effects can be obtained. Furthermore, since there is no resonator, it is possible to arbitrarily select the microwave frequency.
ところで、この装置においては、電磁ホーン1
から放射され試料に印加されたマイクロ波のほと
んど全部が電磁ホーン2によつて受信されるが、
受信器として用いられる検波ダイオードは、高々
10mW程度のマイクロ波電力しか許容できない。
そのため、電磁ホーン1から試料に印加するマイ
クロ波の電力もその許容電力に見合つた低いレベ
ルに設定せざるを得ず、従つて試料に高電力のマ
イクロ波を印加して感度の良い測定を行うことが
困難であつた。 By the way, in this device, the electromagnetic horn 1
Almost all of the microwaves emitted from the sample and applied to the sample are received by the electromagnetic horn 2.
The detection diode used as a receiver has at most
It can only tolerate microwave power of about 10mW.
Therefore, the power of the microwave applied to the sample from the electromagnetic horn 1 has to be set at a low level commensurate with the allowable power, and therefore high-power microwaves are applied to the sample to perform sensitive measurements. It was difficult.
又、この装置では、送信用と受信用の2つの電
磁ホーンを必要とし、装置構成が複雑になるとい
う問題点もある。 Further, this device requires two electromagnetic horns, one for transmitting and one for receiving, and there is also a problem that the device configuration becomes complicated.
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので
あり、マイクロ波の送受信を1つの電磁ホーンを
用いて行うことにより装置構成を簡単化すると共
に、試料に高電力のマイクロ波を印加して感度の
良い測定を行うことが可能な電子スピン共鳴装置
を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and it simplifies the device configuration by transmitting and receiving microwaves using a single electromagnetic horn, and also applies high-power microwaves to a sample. The object of the present invention is to provide an electron spin resonance apparatus that can perform measurements with high sensitivity.
本発明にかかる電子スピン共鳴装置は、試料に
印加するための磁場を発生する手段と、試料に印
加するマイクロ波を発生する手段と、該マイクロ
波を試料に向けて放射する電磁ホーンと、試料か
ら反射されて来るマイクロ波を検出するためのマ
イクロ波検出器と、前記発生手段からのマイクロ
波を前記電磁ホーンへ送り且つ該電磁ホーンによ
り受信された試料からの反射マイクロ波を前記検
出器へ送るマイクロ波回路とから成ることを特徴
としている。以下、図面を用いて本発明を詳説す
る。 An electron spin resonance apparatus according to the present invention includes: a means for generating a magnetic field to be applied to a sample; a means for generating microwaves to be applied to the sample; an electromagnetic horn for emitting the microwaves toward the sample; a microwave detector for detecting microwaves reflected from the sample; a microwave detector for transmitting the microwaves from the generating means to the electromagnetic horn and receiving the reflected microwaves from the sample received by the electromagnetic horn to the detector; It is characterized by consisting of a microwave circuit that transmits. Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.
第2図は本発明の一実施例の構成を示し、図に
おいて5は磁石である。該磁石5内には、電磁ホ
ーン1が配置され、その前に試料3が置かれてい
る。又、磁石5内には、磁場変調用の変調コイル
6が設置され、該コイル6には例えば100KHz程
度の周波数を持つ変調電流が増幅器7を介して発
振器8から供給されている。 FIG. 2 shows the configuration of an embodiment of the present invention, and in the figure, 5 is a magnet. An electromagnetic horn 1 is arranged within the magnet 5, and a sample 3 is placed in front of it. A modulation coil 6 for magnetic field modulation is installed inside the magnet 5, and a modulation current having a frequency of, for example, about 100 KHz is supplied from an oscillator 8 via an amplifier 7 to the coil 6.
ガン発振器等のマイクロ波発振器9から発生し
たマイクロ波は、アイソレータ10、アツテネー
タ11、マジツクテイ12を介して上記電磁ホー
ン1へ送られ、試料3へ向けて反射される。試料
によつて反射されたマイクロ波は電磁ホーン1に
入射し、前記マジツクテイ12を介して検波ダイ
オード13へ送られて検出される。本実施例で
は、検波ダイオードの動作点を適切なレベルに設
定するため、方向性結合器14により送信系から
適宜なレベルのマイクロ波を取出し、方向性結合
器15により受信系へ送るようにしている。16
は位相を調整するための移相器である。ダイオー
ド13から得られた検出信号は、増幅器17を介
して復調器(例えば位相敏感検出器)18へ送ら
れる。該復調器18には、前記発振器8からの変
調信号が移相器19を介して供給されており、検
出信号は該変調信号に基づいて復調される。復調
された検出信号は、増幅器20を介してレコーダ
等の記録器21へ送られ、前記磁石4を励磁する
励磁電源22による磁場掃引に関連して記録され
る。23は前記マジツクテイ12の1本の腕に接
続されたインピーダンス変換器で、例えば腕を終
端する可動終端板と導波管内への挿入量が可変の
ピンから成つている。 Microwaves generated from a microwave oscillator 9 such as a gun oscillator are sent to the electromagnetic horn 1 via an isolator 10, an attenuator 11, and a magic tie 12, and are reflected toward the sample 3. The microwave reflected by the sample is incident on the electromagnetic horn 1, and sent via the magic tie 12 to the detection diode 13 where it is detected. In this embodiment, in order to set the operating point of the detection diode at an appropriate level, a directional coupler 14 extracts microwaves at an appropriate level from the transmitting system, and a directional coupler 15 sends the microwaves to the receiving system. There is. 16
is a phase shifter for adjusting the phase. The detection signal obtained from the diode 13 is sent via an amplifier 17 to a demodulator (eg phase sensitive detector) 18 . A modulation signal from the oscillator 8 is supplied to the demodulator 18 via a phase shifter 19, and the detection signal is demodulated based on the modulation signal. The demodulated detection signal is sent to a recorder 21 such as a recorder via an amplifier 20, and is recorded in relation to the magnetic field sweep by the excitation power source 22 that excites the magnet 4. Reference numeral 23 denotes an impedance converter connected to one arm of the magic tie 12, which is composed of, for example, a movable termination plate that terminates the arm and a pin whose insertion amount into the waveguide is variable.
上述の如き構成において、発振器9から発生し
たマイクロ波は、マジツクテイ12を介して電磁
ホーン1へ送られ、該電磁ホーン1によつて、ほ
とんど反射波を発生させず効率良く、鋭い指向性
をもつて試料に向けて放射される。この試料の誘
電損失が大きい場合(例えばスピンラベルされた
皮膚や臓器等)、マイクロ波は試料を透過せず、
吸収及び反射される。この反射されたマイクロ波
は、電磁ホーン1へ戻つて入射し、マジツクテイ
12を介して検波ダイオード13へ向かう。この
時、インピーダンス変換器23を適宜調節し、試
料で反射されたマイクロ波と逆の位相を持ち強度
の等しい反射波をつくり検波ダイオード13へ向
けて送れば、2つの反射波は打消し合つて消滅
し、マジツクテイ12から検波ダイオード13へ
マイクロ波が送られないようにバランスさせるこ
とができる。しかしながら、電源22による掃引
により磁場強度が共鳴条件の成立する値に到達
し、電子スピン共鳴が起きて試料によりマイクロ
波エネルギーが吸収されると、そのバランスが崩
れ、反射マイクロ波がマジツクテイ12から検波
ダイオード13へ送られるため、該ダイオード1
3の出力に変化が現れ、その変化が記録器21に
おいてESRスペクトルとして記録される。 In the above configuration, the microwave generated from the oscillator 9 is sent to the electromagnetic horn 1 via the magic tie 12, and the electromagnetic horn 1 generates hardly any reflected waves and has efficient and sharp directivity. is emitted towards the sample. If this sample has a large dielectric loss (e.g. spin-labeled skin or organs), the microwave will not pass through the sample;
Absorbed and reflected. This reflected microwave returns to the electromagnetic horn 1, enters the electromagnetic horn 1, and travels to the detection diode 13 via the magic tie 12. At this time, if the impedance converter 23 is adjusted appropriately to create a reflected wave with the opposite phase and the same intensity as the microwave reflected by the sample and send it to the detection diode 13, the two reflected waves cancel each other out. It is possible to achieve balance so that the microwave disappears and the microwave is not sent from the magic tie 12 to the detection diode 13. However, when the magnetic field strength reaches a value that satisfies the resonance condition due to the sweeping by the power supply 22, and electron spin resonance occurs and the microwave energy is absorbed by the sample, the balance is disrupted and the reflected microwaves are detected by the magic tie 12. Since the signal is sent to diode 13, the diode 1
A change appears in the output of 3, and the change is recorded as an ESR spectrum in the recorder 21.
このように、本発明では、提案装置のように送
信用電磁ホーンから反射されたマイクロ波が定常
的に全て受信用ホーンに入射して受信用ダイオー
ドへ送られることがないため、電磁ホーン1から
試料に印加するマイクロ波の強度を高めても、受
信用ダイオードが破壊されるようなことはなく、
従つて測定感度を飛躍的に高めることが可能であ
る。 In this way, in the present invention, unlike the proposed device, all the microwaves reflected from the transmitting electromagnetic horn are not constantly incident on the receiving horn and sent to the receiving diode. Even if the intensity of the microwave applied to the sample is increased, the receiving diode will not be destroyed.
Therefore, it is possible to dramatically increase measurement sensitivity.
又、本発明では、1つの電磁ホーンを送受信用
に兼用しているため、装置構成が簡単になる。 Further, in the present invention, since one electromagnetic horn is used for both transmission and reception, the device configuration is simplified.
第3図は本発明の他の実施例の構成を示し、本
実施例では、マジツクテイに代えてサーキユレー
タ24を用い、該サーキユレータ24と電磁ホー
ン1との間にインピーダンス変換器23を配置し
ている。インピーダンス変換器23を調節して、
該変換器23からサーキユレータ24へ反射する
マイクロ波と、該変換器23を通過して電磁ホー
ン1へ送られ更に試料により反射されて該変換器
23へ戻つて来たマイクロ波の位相と強度を合わ
せることにより、打消し合わせて消滅させれば、
第2図の実施例と同様にサーキユレータ24から
検波ダイオード13へマイクロ波が送られないよ
うにバランスさせることができる。そして、電子
スピン共鳴が起きて試料によりマイクロ波エネル
ギーが吸収されると、そのバランスが崩れ、反射
マイクロ波がサーキユレータ24から検波ダイオ
ード13へ送られるため、第2図の実施例と同様
にESRスペクトルを得ることができる。 FIG. 3 shows the configuration of another embodiment of the present invention. In this embodiment, a circulator 24 is used in place of the magic tie, and an impedance converter 23 is arranged between the circulator 24 and the electromagnetic horn 1. . Adjust the impedance converter 23,
The phase and intensity of the microwave reflected from the converter 23 to the circulator 24, and the microwave that passed through the converter 23, was sent to the electromagnetic horn 1, was reflected by the sample, and returned to the converter 23. By combining, canceling and extinguishing,
Similar to the embodiment shown in FIG. 2, balance can be achieved so that the microwave is not sent from the circulator 24 to the detection diode 13. When electron spin resonance occurs and microwave energy is absorbed by the sample, the balance is disrupted and the reflected microwaves are sent from the circulator 24 to the detection diode 13, resulting in an ESR spectrum similar to the embodiment shown in FIG. can be obtained.
尚、インピーダンス変換器としては、上記例の
構造の他、導波管内に挿入するピンの長さと位置
の両方を可変とする方式のもの等、マイクロ波の
位相と強度を可変できるものであれば、どんなも
のでも使用できる。 In addition to the above-mentioned structure, impedance converters can be used as long as they are capable of varying the phase and intensity of microwaves, such as those that vary both the length and position of the pin inserted into the waveguide. , you can use anything.
第1図は提案装置を説明するための図、第2図
は本発明の一実施例の構成を示す図、第3図は本
発明の他の実施例の構成を示す図である。
1:電磁ホーン、3:試料、4:磁石、9:マ
イクロ波発振器、12:マジツクテイ、13:検
波ダイオード、23:インピーダンス変換器、2
4:サーキユレータ。
FIG. 1 is a diagram for explaining the proposed device, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention. 1: Electromagnetic horn, 3: Sample, 4: Magnet, 9: Microwave oscillator, 12: Magic tie, 13: Detection diode, 23: Impedance converter, 2
4: Circulator.
Claims (1)
と、試料に印加するマイクロ波を発生する手段
と、該マイクロ波を試料に向けて放射する電磁ホ
ーンと、試料から反射されて来るマイクロ波を検
出するためのマイクロ波検出器と、前記発生手段
からのマイクロ波を前記電磁ホーンへ送り且つ該
電磁ホーンにより受信された試料からの反射マイ
クロ波を前記検出器へ送るマイクロ波回路とから
成る電子スピン共鳴装置。 2 前記マイクロ波回路はマジツクテイである特
許請求の範囲第1項記載の電子スピン共鳴装置。 3 前記マイクロ波回路はサーキユレータである
特許請求の範囲第1項記載の電子スピン共鳴装
置。[Claims] 1. A means for generating a magnetic field to be applied to the sample, a means for generating microwaves to be applied to the sample, an electromagnetic horn for emitting the microwaves toward the sample, and a means for generating microwaves reflected from the sample. a microwave detector for detecting microwaves coming from the electromagnetic horn; and a microwave for transmitting the microwaves from the generating means to the electromagnetic horn and for transmitting the microwaves reflected from the sample received by the electromagnetic horn to the detector. An electron spin resonance device consisting of a circuit. 2. The electron spin resonance apparatus according to claim 1, wherein the microwave circuit is a magic tie. 3. The electron spin resonance apparatus according to claim 1, wherein the microwave circuit is a circulator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191782A JPS6082983A (en) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Electron spin resonance device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191782A JPS6082983A (en) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Electron spin resonance device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6082983A JPS6082983A (en) | 1985-05-11 |
| JPH0378946B2 true JPH0378946B2 (en) | 1991-12-17 |
Family
ID=16280444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58191782A Granted JPS6082983A (en) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Electron spin resonance device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6082983A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5233303A (en) * | 1991-05-23 | 1993-08-03 | Barney Bales | Portable dedicated electron spin resonance spectrometer |
| JPH0659008A (en) * | 1992-08-06 | 1994-03-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Physical property measuring device and its measuring method |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP58191782A patent/JPS6082983A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6082983A (en) | 1985-05-11 |
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