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半導体用語集

X線吸収微細構造（XAFS）

英語表記：X-ray absorption fine structure (XAFS)

　物質のX線吸収スペクトルを測定すると，あるX線エネルギーで吸収係数が急激に増加し，以降高エネルギーになるにつれて徐々に減衰していくような鋸歯型のスペクトルがえられる。この急激に吸収係数が増加するところを吸収端と呼び，このエネルギーはほぼ元素に固有の値である。このスペクトルを高いエネルギー分解能で測定すると，通常，吸収端近傍には鋭い構造がみられ，また，吸収端以降広い範囲にわたってなだらかな波打ち構造が現われる。前者の吸収端近傍構造はXANFSと呼ばれ，X線吸収原子周辺の電子状態や局所構造を反映する。後者の波打ち構造はEXAFSと呼ばれ，やはり，X線吸収原子周辺の局所構造の情報を与える。
　XAFSは吸収スペクトル法であるから，測定試料の長距離秩序を必要としない。そのため，結晶性固体のみならず，非晶質・液体・気体・溶液・担持触媒・地殻試料・生体物質・表面・薄膜など様々な物質に対して適用可能な手法で，特にEXAFSは結晶構造解析手段として確立したものとなっており，広い分野で応用されている。また．吸収端は元素にほぼ固有のエネルギーであるため，様々な元素が含まれる系でも別々に測定可能であり，各元素毎の局所構造が決定可能であるという利点がある。一方で同一元素が様々な化学状態を取るような場合，測定されるスペクトルは重ね合わせとなってしまうので解析できないことも少なくない。
　測定には大強度の連続X線源が必要であり，シンクロトロン放射光が用いられることが多い。わが国でもPhoton FactoryやSpring 8にXAFS測定用のビームラインがある。また，最近では回転対陰極型のX線発生装置を用いて実験室でも良質のスペクトルをえることが可能になってきている。ただし，低エネルギーのX線や直線偏光・円偏光を利用したい場合はシンクロトロン放射光を用いるべきである。1,700eV以上のエネルギーのX線を用いる場合は連続X線はSiなどの単結晶により分光して用いられ，それ以下のエネルギーでは斜入射回折格子により単色光をえる。低エネルギー用のXAFS光学系は超高真空仕様とすることが普通であり，そのため測定できる系にも制限が生じる。4,000eV以下では空気中での測定は難しく（真空ないしはHe雰囲気下とする），1,OOOeV以下では（超）高真空中での測定が必須となる。理想的な条件では少なくともB以降のすべての元素のXAFS測定が可能であり，通常の意味で測定可能とされるのはSi当たり以降の重元素である。
　検出手段としては，吸収スペクトルであるから透過法が通常用いられる。透過法は一般的に最も簡便であり，最も信頼できる測定法である。しかしながら，測定元素が非常に希薄な場合は透過法では感度が足りない。このため蛍光X線収量法（表面XANES，表面EXAFSを参照）が用いられる。生体物質・表面・薄膜などでは蛍光X線収量法がむしろ一般的である。また，低エネルギーのXAFSでは吸収係数が大きくなることから，そもそもX線が十分透過するような均ーな原みの試料を作成することが困難となる。このような場合も蛍光X線収量法か電子収量法が用いられる。蛍光X線収量法は，試料中の注目元素濃度が高い場合，入射X線の侵入深度がエネルギーにより変化するために蛍光X線収量が吸収係数に比例しなくなる（自己吸収効果あるいは飽和効果という）。電子収量法はプローブである電子の方が脱出深度が小さいのでこの効果は小さいが，表面敏感となるので表面の劣化（酸化など）に注意が必要である。

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