特許 7025010 歪み検出装置、歪み検出方法及び歪み検出プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-15

(45)【発行日】2022-02-24

(54)【発明の名称】歪み検出装置、歪み検出方法及び歪み検出プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 24/08 20060101AFI20220216BHJP

   G01N 24/00 20060101ALI20220216BHJP

【ＦＩ】

G01N24/08 510N

G01N24/08 510D

G01N24/00 530G

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018053128

(22)【出願日】2018-03-20

(65)【公開番号】P2019164091

(43)【公開日】2019-09-26

【審査請求日】2020-12-24

(73)【特許権者】

【識別番号】304027279

【氏名又は名称】国立大学法人 新潟大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100175019

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 健朗

(74)【代理人】

【識別番号】100195648

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 悠太

(74)【代理人】

【識別番号】100104329

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 卓治

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 進

【審査官】横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１８１５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３２２８６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００１４２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／２１１５０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】歪み分布観察の新提案:核スピンによるGaN歪み観察，応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)，2016年09月13日，７７ｔｈ，１３ａ－Ａ２１－７

【文献】GaAs半導体中格子歪み分布の核スピンによる観察，応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)，2015年09月13日，７６th，１４ａ－４Ｄ－６

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２２／００ － Ｇ０１Ｎ ２２／０４

Ｇ０１Ｎ ２４／００ － Ｇ０１Ｎ ２４／１４

Ｇ０１Ｒ ３３／２８ － Ｇ０１Ｒ ３３／６４

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料の周囲に静磁場を生成する静磁場生成部と、
前記試料に電波を送信する送信部と、
前記送信部からの前記電波の送信後に信号を受信する受信部と、
受信した前記信号について周波数解析を行う周波数解析部と、
前記周波数解析部による周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがある旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがない旨判別する歪み有無判別部と、を備える、
歪み検出装置。

【請求項2】

前記周波数解析結果に基づき前記複数のピークの間の周波数差に応じて前記試料の歪み量を検出する歪み量検出部を備える、
請求項１に記載の歪み検出装置。

【請求項3】

前記複数のピークは、
最大の信号強度を有するメインピークと、
前記メインピークよりも信号強度が弱いサテライトピークと、を備え、
前記歪み検出装置は、さらに、前記サテライトピークの幅に応じて前記試料における歪みの空間的な分布を検出する歪み分布検出部を備える、
請求項１又は２に記載の歪み検出装置。

【請求項4】

前記複数のピークは、
最大の信号強度を有するメインピークと、
前記メインピークよりも信号強度が弱いサテライトピークと、を備え、
前記歪み検出装置は、さらに、前記メインピークの積分強度と前記サテライトピークの積分強度に基づき前記試料の全域に占める歪みが存在しない割合又は歪みが存在する割合を検出する歪み割合検出部を備える、
請求項１から３の何れか一項に記載の歪み検出装置。

【請求項5】

前記送信部は、前記電波としてラーモア周波数のπ／２パルスとπパルスを所定の時間間隔で送信し、
前記受信部は、前記信号としてスピンエコー信号を受信し、
前記周波数解析部は、前記ラーモア周波数を変化させつつ、前記スピンエコー信号のピーク強度を検出することにより前記周波数解析を行う、
請求項１から４の何れか一項に記載の歪み検出装置。

【請求項6】

静磁場生成部を通じて試料の周囲に静磁場を生成する静磁場生成ステップと、
送信部を通じて前記試料に電波を送信する送信ステップと、
前記送信部からの前記電波の送信後に受信部を通じて信号を受信する受信ステップと、
受信した前記信号について周波数解析を行う周波数解析ステップと、
前記周波数解析ステップによる周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがある旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがない旨判別する歪み有無判別ステップと、を備える、
歪み検出方法。

【請求項7】

コンピュータに、
静磁場生成部を通じて試料の周囲に静磁場が生成された状態で、送信部を通じて前記試料に電波を送信した後に受信部を通じて受信した信号について周波数解析を行う周波数解析機能と、
前記周波数解析機能による周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがある旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがない旨判別する歪み有無判別機能と、を実現させるための歪み検出プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歪み検出装置、歪み検出方法及び歪み検出プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば、特許文献１に記載されるように、試料の歪みを観察する手法として、試料の拡大像を生成する電子顕微鏡が知られていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０１０８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載の電子顕微鏡においては、歪みが観察可能な範囲は、試料の表面及びその近傍に限られており、試料の内部の歪みを観察することが困難であった。

【0005】

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、試料の広範囲の歪みを検出することができる歪み検出装置、歪み検出方法及び歪み検出プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る歪み検出装置は、試料の周囲に静磁場を生成する静磁場生成部と、前記試料に電波を送信する送信部と、前記送信部からの前記電波の送信後に信号を受信する受信部と、受信した前記信号について周波数解析を行う周波数解析部と、前記周波数解析部による周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがある旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがない旨判別する歪み有無判別部と、を備える。

【0007】

また、前記歪み検出装置は、前記周波数解析結果に基づき前記複数のピークの間の周波数差に応じて前記試料の歪み量を検出する歪み量検出部を備える、ようにしてもよい。

【0008】

また、前記複数のピークは、最大の信号強度を有するメインピークと、前記メインピークよりも信号強度が弱いサテライトピークと、を備え、前記歪み検出装置は、さらに、前記サテライトピークの幅に応じて前記試料における歪みの空間的な分布を検出する歪み分布検出部を備える、ようにしてもよい。

【0009】

また、前記複数のピークは、最大の信号強度を有するメインピークと、前記メインピークよりも信号強度が弱いサテライトピークと、を備え、前記歪み検出装置は、さらに、前記メインピークの積分強度と前記サテライトピークの積分強度に基づき前記試料の全域に占める歪みが存在しない割合又は歪みが存在する割合を検出する歪み割合検出部を備える、ようにしてもよい。

【0010】

また、前記送信部は、前記電波としてラーモア周波数のπ／２パルスとπパルスを所定の時間間隔で送信し、前記受信部は、前記信号としてスピンエコー信号を受信し、前記周波数解析部は、前記ラーモア周波数を変化させつつ、前記スピンエコー信号のピーク強度を検出することにより前記周波数解析を行う、ようにしてもよい。

【0011】

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る歪み検出方法は、静磁場生成部を通じて試料の周囲に静磁場を生成する静磁場生成ステップと、送信部を通じて前記試料に電波を送信する送信ステップと、前記送信部からの前記電波の送信後に受信部を通じて信号を受信する受信ステップと、受信した前記信号について周波数解析を行う周波数解析ステップと、前記周波数解析ステップによる周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがある旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがない旨判別する歪み有無判別ステップと、を備える。

【0012】

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る歪み検出プログラムは、コンピュータに、静磁場生成部を通じて試料の周囲に静磁場が生成された状態で、送信部を通じて前記試料に電波を送信した後に受信部を通じて受信した信号について周波数解析を行う周波数解析機能と、前記周波数解析機能による周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがある旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に歪みがない旨判別する歪み有無判別機能と、を実現させる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、歪み検出装置、歪み検出方法及び歪み検出プログラムにおいて、試料の広範囲の歪みを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る歪み検出装置のブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る周波数解析処理の手順を示すフローチャートである。

【図3】本発明の一実施形態に係る歪み検出処理の手順を示すフローチャートである。

【図4】本発明の一実施形態に係る周波数解析結果を模式的に示すグラフである。

【図5】本発明の一実施形態に係る（ａ）は試料が歪みのないアルミニウムである場合に予想される周波数解析結果を示すグラフであり、（ｂ）は試料が歪みのあるＧａＡｓとＧａ０．７Ａｌ０．３ＡＳとの超格子構造中のアルミニウムである場合に予想される周波数解析結果を示すグラフである。

【図6】本発明の一実施形態に係る試料が歪みのあるＧａＡｓとＧａ０．７Ａｌ０．３ＡＳとの超格子構造である場合の周波数解析結果を示すグラフである。

【図7】本発明の一実施形態に係るスピンエコー法における各種信号の送信タイミングを示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明に係る歪み検出装置、歪み検出方法及び歪み検出プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0016】

図１に示すように、歪み検出装置１は、制御部１０と、静磁場生成部２０と、送信部３０と、受信部４０と、ディスプレイ５０と、試料台６０と、を備える。

【0017】

静磁場生成部２０は、試料台６０に設置される試料６１の周囲に外部磁場として静磁場を生成する。詳しくは、静磁場生成部２０は、静磁場磁石２１と、静磁場電源２２と、を備える。
静磁場電源２２は、制御部１０による制御のもと、静磁場磁石２１に電流を供給することで静磁場磁石２１を励磁する。
静磁場磁石２１は、例えば、永久磁石、電磁石又は超伝導磁石により構成され、励磁されることにより試料６１の周囲に静磁場を生成する。

【0018】

試料６１は、例えば、イオン結合性が無視でき、共有結合又は金属結合によって構成される異なる２種類の物質からなる材料において、両者の結晶構造又は格子定数（構成原子間の距離）が異なる物質が接することにより構成される材料である。言い換えると、試料６１は、２種類の物質の界面での格子の歪みが存在すると予想される材料である。試料６１は、例えば、基板上に薄膜を蒸着させたデバイス、基板上に点状に付着された量子ドット、又は様々な特性の評価を目的として試料台６０に接着剤などで固定された材料であってもよい。後述する実験では、試料６１は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板とその基板上に積層されるヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）薄膜とからなる材料である。

【0019】

送信部３０は、ＲＦ（Radio Frequency）パルス信号を電波として試料６１に送信する。詳しくは、送信部３０は、送信コイル３１と、送信回路３２と、を備える。
送信回路３２は、制御部１０による制御のもと、試料６１を構成する原子の種類及び磁場強度で定まるラーモア周波数に対応するＲＦパルス信号を電源からの入力電力に基づき生成し、そのＲＦパルス信号を送信コイル３１に出力する。送信回路３２は、ＲＦパルス信号を生成するための入力電力を調整する電力調整部３２ａを備える。電力調整部３２ａにより入力電力が高く調整されることにより、後述する図５等の周波数解析結果（周波数スペクトル）において広い周波数帯を励起することができる一方、周波数分解能は低下する。送信コイル３１は、送信回路３２からのＲＦパルス信号を電波として送信する。これにより、試料台６０に設置される試料６１の周囲に高周波磁場が発生する。

【0020】

受信部４０は、電波の送信後に試料６１から発せられる磁気共鳴信号（以下、「ＭＲ信号」と呼ぶ）を受信する。詳しくは、受信部４０は、受信コイル４１と、受信回路４２と、を備える。
受信コイル４１は、例えば、複数のコイルエレメントを有する。受信コイル４１は、高周波磁場の影響によって試料６１から発せられるＭＲ信号を受信する。受信コイル４１は、ＭＲ信号を受信すると、受信したＭＲ信号を受信回路４２へ出力する。
受信回路４２は、受信コイル４１を通じて受信したＭＲ信号をデジタル変換し、そのデジタル変換したＭＲ信号を制御部１０に出力する。

【0021】

本例では、歪み検出装置１はスピンエコー法を採用している。スピンエコー法においては、歪み検出装置１は、図７に示すように、送信部３０を介して励起（π／２）パルス信号Ｓｇ９０°と再収束（πパルス）パルス信号Ｓｇ１８０°を一定時間（エコー時間ＴＥ／２）間隔で送信する。そして、πパルス信号Ｓｇ１８０°の送信後、一定時間（エコー時間ＴＥ／２）を経過したとき、受信部４０を介してＭＲ信号としてのスピンエコー信号Ｓｓｐを受信する。ここで、エコー時間ＴＥは、π／２パルス信号Ｓｇ９０°の送信からスピンエコー信号Ｓｓｐを受信するまでの時間をいう。
また、本例では、歪み検出装置１は、試料６１に送信される電波（スピンエコー法においてはπ／２パルス信号Ｓｇ９０°及びπパルス信号Ｓｇ１８０°）のラーモア周波数を連続的に変化させながら受信する信号（スピンエコー法においてはスピンエコー信号Ｓｓｐ）の信号強度を検出及び記録することにより周波数スペクトルを生成するPoint-by-point法を採用している。

【0022】

図１に示すように、ディスプレイ５０は、制御部１０による制御のもと、試料６１の歪みに関する情報画像を表示する。

【0023】

制御部１０は、歪み検出装置１、具体的には、その静磁場電源２２、送信部３０、受信部４０及びディスプレイ５０を制御する。制御部１０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の電子回路、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ等から構成される。
制御部１０は、周波数解析部１０ａと、歪み有無判別部１０ｂと、歪み量検出部１０ｃと、歪み分布検出部１０ｄと、歪み割合検出部１０ｅと、表示制御部１０ｆと、記憶部１０ｇと、を備える。

【0024】

記憶部１０ｇは、ＲＯＭ及びＲＡＭからなる。ＲＯＭには、周波数解析処理に係る周波数解析プログラム及び歪み検出処理に係る歪み検出プログラム等が記憶される。ＲＡＭは、制御部１０のワークエリアとして機能する。

【0025】

周波数解析部１０ａは、後述する図２のフローチャートに沿って周波数解析処理を実行することにより、図４等にグラフで示す周波数解析結果（周波数スペクトル）のデータを生成する。歪み有無判別部１０ｂは、周波数解析結果に基づき試料６１に歪みがあるか否かを判別する。歪み量検出部１０ｃは、周波数解析結果に基づき試料６１の歪み量（歪みの大きさ）を検出する。歪み分布検出部１０ｄは、周波数解析結果に基づき試料６１における歪みの空間的な分布を検出する。歪み割合検出部１０ｅは、周波数解析結果に基づき試料６１の全域に占める歪みが存在しない割合を検出する。表示制御部１０ｆは、ディスプレイ５０を介して試料６１の歪みに関する情報画像を表示する。
なお、周波数解析部１０ａ、歪み有無判別部１０ｂ、歪み量検出部１０ｃ、歪み分布検出部１０ｄ、歪み割合検出部１０ｅ及び表示制御部１０ｆの詳細な処理内容については後述する図２及び図３のフローチャートとともに説明する。

【0026】

次に、図２のフローチャートを参照しつつ周波数解析処理について説明する。例えば、ユーザは、試料台６０に試料６１を設置した後に周波数解析処理を開始する旨のスイッチ操作を行う。周波数解析部１０ａは、このスイッチ操作をトリガとして周波数解析処理を開始する。

【0027】

まず、周波数解析部１０ａは、静磁場電源２２を介して静磁場磁石２１に電流を供給することで試料６１の周囲に均一な静磁場を生成する（ステップＳ１０１）。

【0028】

そして、周波数解析部１０ａはラーモア周波数を設定し（ステップＳ１０２）、設定されたラーモア周波数のπ／２パルス信号Ｓｇ９０°とπパルス信号Ｓｇ１８０°をエコー時間ＴＥの半分の時間間隔にて試料６１に送信する（ステップＳ１０３）。

【0029】

次に、周波数解析部１０ａは、πパルス信号Ｓｇ１８０°の送信からエコー時間ＴＥの半分の時間を経過したときスピンエコー信号Ｓｓｐを受信する（ステップＳ１０４）。そして、そのスピンエコー信号Ｓｓｐのピーク強度を検出し、そのピーク強度を記憶部１０ｇに記憶させる（ステップＳ１０５）。これにより、図４に模式的に示すように、ラーモア周波数とスピンエコー信号の信号強度との関係を示すグラフにおいて黒点で示すようにプロットされる。

【0030】

周波数解析部１０ａは、ラーモア周波数の変更が全て完了したか否かを判別する（ステップＳ１０６）。ラーモア周波数の変更が全て完了しない旨判別したとき（ステップＳ１０６：ＮＯ）、現在、設定されるラーモア周波数に所望の周波数値を加算することにより新たなラーモア周波数を設定する（ステップＳ１０７）。その後、新たなラーモア周波数にて、上記と同様に、ステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５に係る処理が行われる。よって、図４のグラフにおいて、新たなラーモア周波数に対応する信号強度がプロットされる。ステップＳ１０３～Ｓ１０７の処理が繰り返されることにより、所望のラーモア周波数帯域におけるプロットが行われ、プロット間は例えば直線補間、それが不十分な場合には，スペクトルの形状に適切な手法でフィットされる。

【0031】

そして、周波数解析部１０ａは、ラーモア周波数の変更が全て完了した旨判別したとき（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、周波数解析処理に係るフローチャートを終了する。以上のように、周波数解析処理により、図４のグラフに示す周波数解析結果がデータとして記憶部１０ｇに記憶される。

【0032】

次に、図３のフローチャートを参照しつつ歪み検出処理について説明する。制御部１０は、例えば、上述した周波数解析処理の終了後に、自動で歪み検出処理を開始する。

【0033】

まず、歪み有無判別部１０ｂは、記憶部１０ｇに記憶される図４のグラフに示す周波数解析結果からピークＰの数が複数であるか否かを判別する（ステップＳ２０１）。具体的には、歪み有無判別部１０ｂは、図４に示すように、信号強度が予め設定される閾値Ｔｈを超えた後、当該閾値Ｔｈを再び下回る波形を一つのピークＰとしてカウントする。

【0034】

歪み有無判別部１０ｂは、ピークＰの数が複数でない旨判別したとき（ステップＳ２０１：ＮＯ）、図５（ａ）に示すように、ピークＰの数が単数であるとして、試料６１に歪みがない旨判別する（ステップＳ２０２）。この場合、ピークＰはメインピークＰｍのみからなる。そして、表示制御部１０ｆは、試料６１に歪みがない旨を示す画像をディスプレイ５０に表示し（ステップＳ２０７）、歪み検出処理に係るフローチャートを終了する。

【0035】

一方、歪み有無判別部１０ｂは、ピークＰの数が複数である旨判別したとき（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、試料６１に歪みがある旨判別する（ステップＳ２０３）。一例として、複数のピークＰは、図４に示すように、最大の信号強度を有するメインピークＰｍと、メインピークＰｍよりも信号強度が弱い一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２と、を備える。サテライトピークＰｓ１はメインピークＰｍよりも低周波数側に位置し、サテライトピークＰｓ２はメインピークＰｍよりも高周波数側に位置する。

【0036】

図３のフローチャートに戻って、歪み量検出部１０ｃは、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２間の第１の周波数差Δｆ１に応じて試料６１の歪み量を検出する（ステップＳ２０４）。具体的には、歪み量検出部１０ｃは、第１の周波数差Δｆ１が大きいほど試料６１の歪み量が大きい旨検出する。本例では、第１の周波数差Δｆ１は、図４に示すように、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の中心値Ｃ１，Ｃ２間の差分である。

【0037】

次に、歪み分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の幅に応じて試料６１における歪みの空間的な分布を検出する（ステップＳ２０５）。
具体的には、歪み分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の半値幅Ｗ１，Ｗ２が小さいほど試料６１の空間的に歪みの差が少なく、試料６１の全域に均一に歪みが生じている傾向がある。一方、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の半値幅Ｗ１，Ｗ２が大きいほど試料６１の空間的に歪みの差が多く、試料６１の歪みが空間的に広く分布している傾向がある。
例えば、歪み分布検出部１０ｄは、複数の半値幅Ｗ１，Ｗ２の平均値を算出し、その算出した平均値に基づき歪みの空間的な分布を検出する。
ここで、半値幅Ｗ１，Ｗ２と歪みの空間的な分布を関連づけることができる原理について説明する。図４に示すように、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の互いに対向する斜辺Ｌ１，Ｌ２間の差分を第２の周波数差Δｆ２と規定する。半値幅Ｗ１，Ｗ２が大きいほど、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の頂点に近い第２の周波数差Δｆ２と各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の底辺に近い第２の周波数差Δｆ２との差が大きくなる。第２の周波数差Δｆ２は、上記第１の周波数差Δｆ１と同様に、歪みの量を示す値であるため、この場合には、試料６１において歪みが大きい箇所と歪みが小さい箇所が存在すること、言い換えると、歪みが空間的に広く分布していることが予想される。よって、半値幅Ｗ１，Ｗ２により歪みの空間的な分布が検出可能となる。
図３のフローチャートに戻って、歪み割合検出部１０ｅは、試料６１の全域に占める歪みが存在しない割合Ａを検出する（ステップＳ２０６）。この具体的な検出方法については、図６に示す実験結果とともに後述する。最後に、表示制御部１０ｆは、歪み量、歪み分布及び歪みが存在しない割合Ａを示す画像をディスプレイ５０に表示し（ステップＳ２０７）、歪み検出処理に係るフローチャートを終了する。

【0038】

（実験結果）
次に、本願発明者は、試料６１がヒ化ガリウム基板とその基板上に積層されるヒ化アルミニウムガリウム薄膜とを有する場合について上述した図２のフローチャートに示す周波数解析処理に関する実験を行った。
なお、図５（ａ）は、試料が歪みのないアルミニウム金属である場合に予想される周波数解析結果を示すグラフである。図５（ｂ）は、ＧａＡｓ基板上にＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法によってつくられた歪みがあるＧａＡｓとＧａ０．７Ａｌ０．３ＡＳとの超格子構造中のアルミニウムが試料である場合に予想される周波数解析結果を示すグラフである。図６は、実験により求められたＧａＡｓ基板上にＭＢＥ法によってつくられた歪みがあるＧａＡｓとＧａ０．７Ａｌ０．３ＡＳとの超格子構造が試料である場合の周波数解析結果を示すグラフである。

【0039】

本願発明者は、歪みが存在しない場合、図５（ａ）に示すように、メインピークＰｍのみが観測されると予想し、歪みが存在する場合、図５（ｂ）に示すように、５つのサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５が観測されると予想する。
詳しくは、サテライトピークＰｓ５は、メインピークＰｍと同一周波数帯で、メインピークＰｍのピーク値よりも弱い信号強度のピーク値を有する。サテライトピークＰｓ１は、サテライトピークＰｓ５よりも低周波数側に隣接して位置し、サテライトピークＰｓ５のピーク値よりも弱い信号強度のピーク値を有する。サテライトピークＰｓ３は、サテライトピークＰｓ１よりも低周波数側に隣接して位置し、サテライトピークＰｓ１のピーク値よりも弱い信号強度のピーク値を有する。サテライトピークＰｓ２は、サテライトピークＰｓ５よりも高周波数側に隣接して位置し、サテライトピークＰｓ５のピーク値よりも弱い信号強度のピーク値を有する。サテライトピークＰｓ４は、サテライトピークＰｓ２よりも高周波数側に隣接して位置し、サテライトピークＰｓ２のピーク値よりも弱い信号強度のピーク値を有する。

【0040】

本願発明者は、実際に、当該試料６１に関して図２のフローチャートに示す周波数解析処理の実験を行った。このとき、アルミニウム（Ａｌ）の核スピンにて試料６１の歪みを検出する。この実験結果においては、図６に示すように、メインピークＰｍと５つのサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５が重畳して観測されている。当該実験結果について上述した図３のフローチャートに示す歪み検出処理が実行された場合、歪み有無判別部１０ｂは、ピークＰの数が複数である旨判別し（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、試料６１に歪みがある旨判別する（ステップＳ２０３）。そして、ステップＳ２０４～Ｓ２０６に係る処理により、歪み量、歪み分布、歪みが存在しない割合Ａが検出され、その検出結果がディスプレイ５０に表示される（ステップＳ２０７）。よって、歪み検出装置１により、従来では検出が困難であった僅かな当該試料６１の歪みの検出が可能となる。
なお、５つのサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５が観測される場合、歪み量検出部１０ｃは、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２間の第１の周波数差Δｆ１及びサテライトピークＰｓ３，Ｐｓ４間の第１の周波数差Δｆ１に基づき、例えば、２つの第１の周波数差Δｆ１の平均値をとることにより、歪み量を検出する。この例に限らず、第１の周波数差Δｆ１をとるサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５の組み合わせは適宜変更可能であり、例えば、歪み量検出部１０ｃは、互いに隣接するサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５間の第１の周波数差Δｆ１に基づき歪み量を検出してもよい。すなわち、歪み量検出部１０ｃは、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ３間の第１の周波数差Δｆ１、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ５間の第１の周波数差Δｆ１、サテライトピークＰｓ２，Ｐｓ５間の第１の周波数差Δｆ１及びサテライトピークＰｓ２，Ｐｓ４間の第１の周波数差Δｆ１に基づき、例えば、それら第１の周波数差Δｆ１の平均値をとることにより、歪み量を検出してもよい。
また、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５は、共有する１つの積分強度Ｓ３を有する。歪み割合検出部１０ｅは、メインピークＰｍの面積である積分強度Ｓｍと積分強度Ｓ３に基づき試料６１の全域に占める歪みが存在しない割合Ａを検出する（ステップＳ２０６）。例えば、歪みが存在しない割合Ａは、以下の式により導出される。
Ａ＝Ｓｍ／（Ｓ３＋Ｓｍ）

【0041】

次に、メインピークＰｍとサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５が検出される原理について説明する。
試料６１の内部の核スピンは、当該の核スピンの位置における磁場の大きさに応じて、電波を吸収する。これが周波数スペクトルのメインピークＰｍを与える。核スピンの中には、磁場以外に電場勾配の大きさに比例して電波を吸収するものが少なからず存在する。この電場勾配により、試料６１を構成する原子の４つのエネルギー準位におけるエネルギーの差が等間隔でなくなるため、周波数スペクトルにおいてメインピークＰｍの両側に偶数本のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５が現れる。隣接するサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５同士の間隔が電場勾配の大きさに比例する。
試料６１の内部に歪みが存在しない場合には、結晶構造の高い対称性を反映して、電場勾配はゼロである。よって、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５が現れない。
一方、例えば， ＧａＡｓ基板上のＧａ０．７Ａｌ０．３ＡＳの超格子構造等のように、異種の物質が界面で接合している場合は明らかに歪みが存在すると考えられる。試料６１の内部の界面に歪みが生じることで、結晶構造の対称性が低下するため、電場勾配がゼロではない値を発生させる。これにより、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５が現れる。
このような原理に着目して、上記実施形態に係る歪み検出装置１は、サテライトピークの有無、サテライトピーク同士の周波数差を通じて、試料６１の歪みを検出している。

【0042】

（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。

【0043】

（１）歪み検出装置１は、試料６１に電波（π／２パルス信号Ｓｇ９０°及びπパルス信号Ｓｇ１８０°）を送信する送信部３０と、送信部３０からの電波の送信後に信号（スピンエコー信号Ｓｓｐ）を受信する受信部４０と、受信した信号について周波数解析を行う周波数解析部１０ａと、周波数解析部１０ａによる周波数解析結果に基づき複数のピークＰが検出された場合には試料６１に歪みがある旨判別し、単数のピークＰが検出された場合には試料６１に歪みがない旨判別する歪み有無判別部１０ｂと、を備える。
この構成によれば、試料６１の広範囲の歪みを検出することができる。例えば、試料６１の表面から遠い内部に歪みが存在する場合であっても、その歪みを非破壊で検出することができる。
特に、試料６１が基板とその基板に積層される半導体である場合には、基板と半導体の格子定数の違いに起因して基板と半導体の界面に歪みが生じ易い。上記構成によれば、この界面の歪みを非破壊で検出することができる。

【0044】

（２）歪み検出装置１は、周波数解析結果に基づき複数のピークＰの間、例えば、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の間の第１の周波数差Δｆ１に応じて試料６１の歪み量を検出する歪み量検出部１０ｃを備える。
この構成によれば、試料６１の広範囲の歪み量を検出することができる。例えば、試料６１の表面から遠い内部に歪みが存在する場合であっても、その歪み量を検出することができる。特に、試料６１が基板と半導体である場合には、基板と半導体の界面における歪み量を検出することができる。

【0045】

（３）複数のピークＰは、最大の信号強度を有するメインピークＰｍと、メインピークＰｍよりも信号強度が弱いサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２と、を備える。歪み検出装置１は、さらに、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の半値幅Ｗ１，Ｗ２に応じて試料６１における歪みの空間的な分布を検出する歪み分布検出部１０ｄを備える。
この構成によれば、試料６１における歪みの空間的な分布を検出することができる。よって、試料６１の歪みの詳細を知ることができる。
例えば、歪み分布検出部１０ｄは、半値幅Ｗ１，Ｗ２が小さいほど試料６１の全域に生じている歪みの均一度が高い旨検出し、半値幅Ｗ１，Ｗ２が大きいほど均一度が低く、試料６１の全域における歪みの大きさのバラツキが大きい旨検出する。このように、試料６１における歪みの空間的な分布を検出することができる。

【0046】

（４）複数のピークＰは、最大の信号強度を有するメインピークＰｍと、メインピークＰｍよりも信号強度が弱いサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２と、を備える。歪み検出装置１は、さらに、メインピークＰｍの積分強度ＳｍとサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５の積分強度Ｓ３に基づき試料６１の全域に占める歪みが存在しない割合Ａを検出する歪み割合検出部１０ｅを備える。
この構成によれば、試料６１の全域に占める歪みが存在しない割合Ａを検出することができる。よって、試料６１の歪みの詳細を知ることができる。

【0047】

（５）歪み検出装置１は、試料６１の周囲に静磁場を生成する静磁場生成部２０を備え、送信部３０は、電波としてラーモア周波数のπ／２パルス信号Ｓｇ９０°とπパルス信号Ｓｇ１８０°を予め設定される時間（エコー時間ＴＥ／２）間隔で送信し、受信部４０は、信号としてスピンエコー信号Ｓｓｐを受信し、周波数解析部１０ａは、ラーモア周波数を変化させつつ、スピンエコー信号Ｓｓｐのピーク強度を検出することにより周波数解析を行う。
この構成によれば、スピンエコー法により周波数解析が行われるため、より正確な歪みの検出を実現することができる。

【0048】

（６）歪み検出方法は、送信部３０を通じて試料６１に電波（π／２パルス信号Ｓｇ９０°及びπパルス信号Ｓｇ１８０°）を送信する送信ステップと、送信部３０からの電波の送信後に受信部４０を通じて信号（スピンエコー信号Ｓｓｐ）を受信する受信ステップと、受信した信号について周波数解析を行う周波数解析ステップと、周波数解析ステップによる周波数解析結果に基づき複数のピークＰが検出された場合には試料６１に歪みがある旨判別し、単数のピークが検出された場合には試料６１に歪みがない旨判別する歪み有無判別ステップと、を備える。なお、送信ステップは図２のステップＳ１０３に相当し、受信ステップはステップＳ１０４に相当し、周波数解析ステップはステップＳ１０５に相当し、歪み有無判別ステップは図３のステップＳ２０１～Ｓ２０３に相当する。
この方法によれば、上述したように、試料６１の広範囲の歪み量を検出することができる。

【0049】

（７）歪み検出プログラムは、コンピュータである制御部１０に、送信部３０を通じて試料６１に電波を送信した後に受信部４０を通じて受信した信号について周波数解析を行う周波数解析機能と、周波数解析機能による周波数解析結果に基づき複数のピークＰが検出された場合には試料６１に歪みがある旨判別し、単数のピークＰが検出された場合には試料６１に歪みがない旨判別する歪み有無判別機能（歪み有無判別部１０ｂ）と、を実現させる。周波数解析機能は周波数解析部１０ａの処理により実現され、歪み有無判別機能は歪み有無判別部１０ｂの処理により実現される。
この歪み検出プログラムによれば、上述したように、試料６１の広範囲の歪み量を検出することができる。

【0050】

（変形例）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。

【0051】

上記実施形態における歪み検出装置１においては、Point-by-point法による周波数スペクトルが採用されていたが、ＦＴ－ＮＭＲ（フーリエ変換 ＮＭＲ、Fourier transform）が採用されてもよい。このＦＴ－ＮＭＲが採用された場合、歪み検出装置１は、共鳴周波数範囲のあらゆる周波数成分を含む電波を試料６１に送信した後に、自由誘導減衰（ＦＩＤ、free induction decay）信号を受信し、この自由誘導減衰信号をフーリエ変換することで周波数解析結果として周波数スペクトルを生成することができる。

【0052】

上記実施形態においては、第１の周波数差Δｆ１は、図４に示すように、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の中心値Ｃ１，Ｃ２間の差分であったが、これに限らず、例えば、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２のピーク値間の差分であってもよいし、第２の周波数差Δｆ２と同一であってもよい。
また、歪み分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の傾きに基づき試料６１の歪み量を検出してもよい。歪み分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の傾きの絶対値が大きい場合、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の幅が小さいとして、試料６１の空間的に歪み量の差が少ない旨検出し、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の傾きの絶対値が小さい場合、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の幅が大きいとして、試料６１の空間的に歪み量の差が大きい旨検出してもよい。

【0053】

上記実施形態においては、歪み量検出部１０ｃは、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２間の第１の周波数差Δｆ１に応じて試料６１の歪み量を検出していたが、これに限らず、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の少なくとも何れか一方とメインピークＰｍとの周波数差に応じて試料６１の歪み量を検出してもよい。

【0054】

上記実施形態においては、静磁場磁石２１は、超電導磁石もしくは電磁石であったが，これに限らず、永久磁石であってもよい。この場合、歪み検出装置１は、静磁場電源２２を備えなくてもよい。

【0055】

試料６１は、上記実施形態に限らず、磁性体等であってもよい。

【0056】

上記実施形態においては、歪み割合検出部１０ｅは、周波数解析結果に基づき試料６１の全域に占める歪みが存在しない割合Ａを検出していたが、試料６１の全域に占める歪みが存在する割合を検出してもよい。例えば、歪みが存在する割合は、以下の式により導出される。
Ａ＝Ｓ３／（Ｓ３＋Ｓｍ）
また、歪みが存在しない割合及び歪みが存在する割合は、計算式により算出されていたが、記憶部１０ｇに記憶される積分強度Ｓ３，Ｓｍと歪みが存在しない割合又は歪みが存在する割合とが対応づけられたデータテーブルに基づき求められてもよい。

【0057】

上記実施形態においては、歪み分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の半値幅Ｗ１，Ｗ２に基づき試料６１における歪みの空間的な分布を検出していたが、幅であれば、半値幅Ｗ１，Ｗ２に限らず、例えば、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の底辺の長さであってもよい。

【0058】

上記実施形態においては、歪み検出装置１は、それぞれ独立した送信コイル３１と受信コイル４１を備えていたが、送受信機能を備えた共通のコイルを備えていてもよい。

【0059】

上記実施形態においては、制御部１０は、図２に示す周波数解析処理の終了後に、自動で、図３に示す歪み検出処理を開始していたが、周波数解析処理の終了後、ユーザのスイッチ操作をトリガとして歪み検出処理を開始してもよい。

【0060】

上記実施形態においては、歪み検出装置１は、π／２パルス信号Ｓｇ９０°及びπパルス信号Ｓｇ１８０°を連続的に送信するスピンエコー法を採用していたが、これに限らず、例えば、πパルスＳｇ１８０°を省略して、π／２パルスＳｇ９０°を送信後に信号を受信してもよい。

【0061】

上記実施形態における歪み量検出部１０ｃ、歪み分布検出部１０ｄ及び歪み割合検出部１０ｅのうち少なくとも何れか一つを省略してもよい。また、表示制御部１０ｆ及びディスプレイ５０は、歪み検出装置１とは別に設けられていてもよい。

【0062】

本発明の対象は、歪み検出装置１に限らず、歪み検出装置１の機能を実現するための歪み検出プログラムであってもよい。この歪み検出プログラムは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc－Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されてもよいし、ネットワークを介してコンピュータにダウンロードされてもよい。

【符号の説明】

【0063】

１ 歪み検出装置
１０ 制御部
１０ａ 周波数解析部
１０ｂ 歪み有無判別部
１０ｃ 歪み量検出部
１０ｄ 歪み分布検出部
１０ｅ 歪み割合検出部
１０ｆ 表示制御部
１０ｇ 記憶部
２０ 静磁場生成部
２１ 静磁場磁石
２２ 静磁場電源
３０ 送信部
３１ 送信コイル
３２ 送信回路
３２ａ 電力調整部
４０ 受信部
４１ 受信コイル
４２ 受信回路
５０ ディスプレイ
６０ 試料台
Ｐ ピーク
Ｐｍ メインピーク
Ｐｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５ サテライトピーク
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓｍ 積分強度
Ｗ１，Ｗ２ 半値幅
Δｆ１ 第１の周波数差
Δｆ２ 第２の周波数差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】