Development of an all-solid-state ion gun based on the novel ion emission mechanism

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22034
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Nishii Junji 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60357697)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤岡 正弥 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (40637740)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: イオンビーム / ガラス / イオン伝導 / 高電圧

Outline of Final Research Achievements

This research develops an all-solid-state ion gun capable of emitting various monovalent cations with high output. This gun utilizes the novel phenomenon that cations in the phosphate glasses are discharged by irradiation of protons generated by corona discharge in a hydrogen atmosphere. In this research, an evaluation device for this all-solid-state ion gun was developed and is now almost completed. However, the fabrication of the ion outlet is currently under trial and error.
Furthermore, as a result of investigating the phenomenon of ion emission in detail, it was found that not only protons but also hydrides can be controlled according to the polarity of the applied voltage.

Free Research Field

非晶質材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発を進める全固体イオンガンは、高速・高精細な微細加工を可能にし、高精度なSIMS分析や、イオン制御による無機材料合成への活用など、基礎科学の更なる発展と産業応用に貢献する。さらに、近年イオンガンは、医療分野における重粒子治療や、宇宙開発の分野では、宇宙空間の推進力等に利用されている。特に、本研究で開発を進めているイオンガンは原理的にアニオンとカチオンを交互に放出できることを見出しており、これを利用したイオンエンジンは、ニュートライザーを必要としない新たな宇宙空間の推進力として期待される。本研究により全固体イオンガンとしての応用可能性が広がり、具体的な装置開発が進められた。