2021 Fiscal Year Annual Research Report

ナノ構造電子源を用いた超高分解能マイクロフォーカスエックス線源に関する研究

Research Project

Project/Area Number	19K04530
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	文宗鉉静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (30514947)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	MEMS・NEMS / マイクロフォーカスエックス線 / 転写モールド法エミッタ作製方法
Outline of Annual Research Achievements	均一性に優れた先鋭なμmからnmサイズの微細構造作製が容易なマイクロエレクトロメカニカルシステム技術の一種、独自の転写モールド法を用いることで、電子放出面積の可変や電子放出点などを可変で、エックス線ビームフォーカスが決める、極微小電子放射源を用い超高精細・高分解能のエックス線発生源を開発する。まず、シリコン単結晶基板を異方性エッチング処理することで、基底部長さ50~100 nｍのシリコン鋳型を作製した。このようにして作製したシリコン鋳型上に全単体金属中で最も低いが不安定なCsよりも低い仕事関数1.8eVを有し、安定な導電性セラミック材料を形成し、保持基板を接合した後、シリコン鋳型を溶解除去した。その結果、基底部長さ41 nm、先端曲率半径2.8 nmの転写モールド法微小構造エミッタアレイを作製し、今年度目標値である基底部長さ100 nm以下及び先端曲率半径5nm以下の先鋭性に優れるナノサイズの転写モールド法微小エミッタアレイの試作に成功した。基底部長さ41 nmまで微小化した電子源の電界電子放出電流変動率は、1次年度及び2次年度の結果である基底部長さ370-1570 nm及び180nmの電界電子放出電流変動率1.7-2.4%及び1.6%より低い1.3%となり、構造均一性が向上し、電界集中係数のばらつきが減少したため、より低くなった。次に，基底部長さ41 nmの転写モールド法微小構造エミッタアレイに対してエックス線放射特性を評価し、エックス線イメージの評価を行った。1㎜のエミッタとアノード間距離で電界電子放出電流が前年度結果の100μAより高い400μAとなった。ターゲット角度12°のアノードを用いて放射したエックス線は、50μm焦点サイズを持つエックス線発生源の試作に成功した。半導体検査や医療診断分野用次世代高分解能マイクロフォーカスエックス線源の実現のため、焦点サイズが今年度目標値の数十μmレベルである50μm焦点サイズを持つエックス線発生源の試作に成功した。