極微小領域直視型超高性能原子プロ-ブの開発研究

• Project/Area Number: 02558022
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐東 信司 東京大学, 工学部, 助手 (70090511)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 幸野 豊 東京大学, 工学部, 助手 (70150282) ; 香山 晃 東京大学, 工学部, 助教授 (80092203)
• Project Period (FY): 1990
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1990)
• Budget Amount: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 1990: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000)
• Keywords: 電界イオン顕微鏡 / 超高性能直視型原子プロ-ブ / アトム・プロ-ブ / 質量分析 / 極微量元素分析 / 原子像 / イオン / 超高真空

Research Abstract

材料の強度特性ならびに物性値の向上を計るためには、材料中に存在するミクロ挙動を充分に把握しなければならず、特に、材料中での極微量元素の微細析出物、粒界や界面などへの元素偏析は材料特性に多大な影響を与えている。これらの現象を把握するには原子レベルでのミクロ解析が必要不可欠であった。本研究では極微小領域に於いて原子オ-ダ-で定量分析可能な直視型超高性能原子プロ-ブの開発研究を行なった。
本研究において既存の電界イオン顕微鏡(FIM)を改造し、超高性能直視型原子プロ-ブ装置を完成した。その改造内容は、1)直空チェンバ-の改造を行ない真空排気速度および計測系の充実を計った。真空排気系には300Lのタ-ボ分子ポンプを取り付け、更にクライオポンプを併用する事でクリ-ンな〜10^<-8>Paオ-ダ-の超高真空を得ることができた。2)電気系の開発としてデジタイザ-、ゲ-トトリ-ガ-、パルサ-等を設計開発し、更にイオン像を検出して面分析する為のシェブロンチャンネルプレ-ト等の電気回路も充実させた。3)分析用試料に電圧を印加してから定量分析するまでの系をコンピュ-タ-で制御することが可能になり、この結果、試料から飛来して来た元素の飛行時間を測定する事ができ、ディスプレイ上に飛行時間と検出イオン量のスペクトルを表示することが可能になった。4)本装置の検定試験としてタングステンとモリブデンの純金属による基礎実験を試み、FIM像に対応する2価と3価のイオン像を検出した。この結果、面分析に必要な電気回路系および真空系の充実が十分に計られた事を検証できる結果が得られた。実用材料および二元系合金については現在実験中である。
初期に予想された10^4nm^2以下の微小な表面積において軽元素から重元素までの幅広い原子分析を原子オ-ダ-で面分析可能な超高性能直視型原子プロ-ブの開発ができた。