2020 Fiscal Year Research-status Report
イオン注入を利用した二次イオン質量分析法の高感度化への挑戦
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20K20934
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
藤谷 渉 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (20755615)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋爪 光 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (90252577)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン注入 / 二次イオン質量分析計 / 標準試料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は、炭化ケイ素や炭酸塩鉱物、ステンレス、ケイ酸塩鉱物、ガラス試料など、イオン注入を行うための試料を準備した。炭化ケイ素、炭酸塩鉱物、ステンレスの各試料は、13Cイオンを注入するための試料である。これらの試料に注入した炭素と、もともと含まれていた炭素とで、二次イオン質量分析法（SIMS）における感度に差があるか検討する。炭化ケイ素試料は10 mm径に加工し、イオン注入およびSIMS分析が可能なサイズに成形した。また、炭酸塩鉱物とカンラン石（ケイ酸塩鉱物）、NIST 610 glass（ガラス試料）の各試料は、53Crイオンを注入するための試料である。イオン注入により、SIMSを用いた炭酸塩鉱物の53Mn-53Cr年代測定用の標準試料を作製することを目指す。カンラン石は誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS）を用いてあらかじめクロムの濃度を定量した。また、NIST 610 glassはクロムを含む微量元素の濃度があらかじめ定量されている。カンラン石およびNIST 610 glassを用いることで注入したクロムイオンの濃度が較正でき、濃度既知のクロムを含む炭酸塩鉱物の標準試料が作製できる。これらの試料は10 mm径の樹脂に包埋した後に研磨し、イオン注入およびSIMS分析が可能な試料を作製した。
上記の作業と並行し、イオン注入の深度を評価するためのレーザー顕微鏡の立ち上げと性能評価を行った。そして、この装置を用いて試料表面の凹凸を30 nm程度の精度で測定できることがわかった。今後はこの装置を用いて、イオン注入した試料をSIMS分析した際の分析痕の深さを測定する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究計画では、13Cイオンを試料に注入し、SIMS分析を行って注入イオンの感度を評価する計画であった。しかしながら、2020年度は新型コロナウイルス感染症の蔓延のため、学外へ出張してイオン注入の実験およびSIMS分析を行うのが困難であり、研究の当初計画の遂行が不可能であった。そのかわり、次年度研究計画である標準試料作製を前倒しして開始した。上記と同じ理由により、イオン注入の実験およびSIMS分析は不可能だったものの、実験に使用可能な試料の作製を完了し、ICP-MSによる微量元素の定量までは行うことができた。その他、イオン注入の深度を評価するために必要なレーザー顕微鏡の立ち上げは完了できた。以上のことを総合すると、今年度実現可能な作業はおおよそ完了したものの、研究計画の中核をなすイオン注入およびSIMS分析ができていないため、全体として現在までの進捗状況はやや遅れていると判断するのが妥当である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況で述べたように、当初計画を変更し、試料の準備を優先してこれまで研究を行ってきた。今後はイオン注入の実験と、イオン注入をした試料のSIMS分析を行っていく。イオン注入は群馬県の高崎量子応用研究所で行うが、そのビームタイムは7月に割り当てられている。その期間に実験ができなかった場合は、東レリサーチセンターなど民間企業にイオン注入を依頼することも視野に入れて、実験の準備をする予定である。SIMS分析についても、学外への出張が困難になった場合は、装置管理者と連絡を取り合って遠隔で分析ができるように準備していく。
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| Causes of Carryover |
当該年度は新型コロナ感染症の蔓延のため、学外へ出張してイオン注入の実験をしたり、二次イオン質量分析計を用いて測定を行ったりできず、旅費や分析装置の使用料が不要となったため、次年度使用額が生じた。来年度は、現在では、７月に高崎応用量子研究所でイオン注入が可能になる見込みであるが、不可能になった場合は余剰金で民間企業に委託し、イオン注入を行うことを検討している。
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