2017 Fiscal Year Research-status Report

プロトン性イオン液体を用いたビーム源の開発：有機系ＳＩＭＳの感度と面分解能の向上

Research Project

Project/Area Number	16K05832
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	藤原幸雄国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60415742)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	表面分析 / 二次イオン質量分析 / SIMS / エレクトロスプレー / イオン液体 / イオンビーム / プロトン化
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、プロトン性イオン液体を真空中でエレクトロスプレーする方式を用いたビーム源を開発し、二次イオン質量分析（SIMS）に応用することを目的とするものである。SIMSは、一次イオンビームを試料表面に照射することで生じた二次イオンを質量分析する手法である。酸素やセシウム等が一次イオンビームとして用いられてきたが、分析対象が有機系材料の場合には、イオンビーム照射に起因する有機分子の断片化（＝フラグメンテーション）が避けられず、分子量の大きな二次イオンはほとんど検出できないという問題があった。しかし近年では、クラスターイオンを一次イオンビームとして用いることで、比較的大きな有機分子も検出できるようになり、半導体産業のみならず、化学分野等においても、SIMSの応用範囲が広がっている。しかしながら、分子量の大きな分子を高感度かつ高面分解能で分析することは未だ困難であり、大きな問題となっている。そこで本研究は、イオン液体という特殊な液体をビーム化し、SIMSへの応用を目指すものである。イオン液体は蒸気圧がほとんど無いため真空中でも蒸発せずに液体として存在し、またそれ自体がイオン性の液体であるため、真空中においてもエレクトスプレーによってビーム化できる。イオン液体には、プロトン性のものと非プロトン性のものが存在するが、本研究ではプロトン性イオン液体を用いることが特徴である。プロトン性イオン液体を一次イオンビームとして用いることで、有機分子にプロトンが付加する反応が促進され、プロトン付加反応によって二次イオン量を増大できる。前年度までは、キャピラリー型エミッターを使用していたが、本年度は、ニードル状エミッターを用いた実験を行った。質量電荷比が5000を超える巨大イオンを含むビームの安定生成が確認できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason キャピラリー型エミッターに加えて、ニードル型エミッターについても実験を開始し、安定なビーム生成を実証できたことは大きな成果と考える。
Strategy for Future Research Activity	ニードル型エミッターを用いた実験に注力する。ニードル型エミッターの材質や表面荒れの効果を調べ、SIMS分析における有用性も実証する。
Causes of Carryover	ニードル型エミッターの材料として、安価かつ加工が容易なガラス棒を使用したことで当初の想定よりも支出が少なくできた。次年度は、集束イオンビーム源のニードルとして一般的に使用されるタングステンなどの金属材料を用いるため、材料費ならびに加工費が増額する予定である。また、エミッター部の改造も予定している。