2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K04992
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
眞銅 雅子 大阪工業大学, 工学部, 講師 (10345481)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
首藤 健一 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40300876)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 負イオン / イオンビーム / 仕事関数 / 電荷交換 / 触媒電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今日、半導体製造過程や核融合プラズマにおいて高出力の負イオン源が不可欠となっている。負イオンはプラズマ中の体積生成過程および表面生成過程により生成される。このうち表面生成過程は、専ら仕事関数の低いアルカリ金属試料表面に正イオンを照射することにより負イオン生成を行い、小型の装置で十分な量の負イオンが生成できるという利点を持つ。本研究は、触媒電極表面に正イオンを入射させ、荷電交換によって脱離する負イオンのエネルギー分布の精密測定を行うとともに、表面反応の詳細を議論することを通じて、負イオン生成の高効率化を行うことを目的とする。平成28年度は、イオン銃を備えた装置を建造し、低仕事関数の試料表面から脱離した2次生成物の量とエネルギーの精密測定系の開発を行った。本装置を用いてアルゴンイオンを照射した二硫化モリブデンの表面物性の変化をラマン分光法を用いて評価した結果を論文として発表することができた (S. Bae他、Phys. Rev. Applied 7, 024001 (2017))。試料表面と荷電粒子検出器の間に静電フィルターおよび磁場フィルターを設け、負イオンのみを弁別可能にした上で負イオン量の測定を行った。さらに試料表面の仕事関数測定系を構築した。試料表面にキセノンランプから放出される波長180～400nmの光を照射し、試料に流れる電流値の変化から仕事関数を算出できることを確認した。銀薄膜への水の吸着量を変化させて仕事関数を制御し、同時にヘリウム正イオンを試料表面に入射させ、脱離して出てきた負イオンの量を計測した。仕事関数と負イオン検出量との対応をとったところ、仕事関数が低くなるほど負イオン生成量が増加する結果が得られた。以上の実験により、負イオン生成量と仕事関数の相関を明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実施計画段階で計画していた以下の3項目について述べる。
(1)イオンカウントシステム改良について：開口径が広く応答の速いマルチチャンネルプレート(MCP)を取り付け、システム性能の向上を図ったが、MCP駆動用の電源の故障などから活用には至らなかった。そこで現有のチャンネルトロンで荷電粒子の検出を行った。また、高速サンプリングの可能なオシロスコープを購入することで、負イオンのパルスカウントを確実なものとすることができたため、当初の実施計画どおりに研究が進んだといえる。
(2)触媒表面の生成と仕事関数の測定について：キセノンランプを用いた光電分光系を構築し、仕事関数の測定に成功した。これにより、試料表面の仕事関数と負イオン生成量との相関を議論することが可能となった。この項目に関しては研究2年目に実際の測定を行う予定であったが、計画に先んじて実施することができた。また、負イオン生成のための触媒表面として、まず銀薄膜表面に水を吸着させたものを用意し、仕事関数の変化を確認することができた。
(3)負イオンのエネルギー計測について：試料表面と荷電粒子検出器の間に、磁場フィルターと静電フィルターにより、負イオンのみを検出器に導くよう最適化した。このとき磁場構造や電位分布を数値シミュレーションによって見積り、検出器に到達するのが負イオンのみであることを確認した。負イオンエネルギー分布を測定できることは確認したが、より精密な測定が今後必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、ほぼ当初の計画通りに実験が進んだと考えられるため、今後は測定の精度を上げる工夫が必要であると考えられる。平成28年度は銀薄膜表面に水を吸着させることで仕事関数を変化させたが、仕事関数が大きく変化する領域があったので、より精密に仕事関数を制御するとともに、他の触媒表面でも測定を試みる予定である。さらに散乱粒子のエネルギー分布については予備実験が済んだ段階であるので、静電フィルターをより高精度なものに作り直し、かつ磁場フィルターと併用することで、散乱負イオンのエネルギー分布測定を試みる。これにより、試料表面の仕事関数の変化に伴う電荷交換反応変化の定量的な情報が得られると予想される。本実験により触媒電極表面での負イオン発生機構を解明することが可能となり、より高効率な負イオン源の実現が期待される。
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| Causes of Carryover |
年度末に実施を見込んでいた研究打ち合わせを、実験進度に合わせ取り消したために旅費が発生せず、差額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度の実験結果をまとめた論文執筆のための打ち合わせと、横浜国立大学にて実験を行うための旅費に使用する予定である。
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