新規クラスター負イオンビーム源の開発：反応性プロトン含有ＦＩＢ技術のＳＩＭＳ展開

Research Project

Project/Area Number	22K12666
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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, 上級主任研究員 (60415742)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords	イオンビーム / イオン液体 / 表面分析 / 二次イオン質量分析 / 二次イオン / クラスター / 負イオン
Outline of Research at the Start	二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectrometry: SIMS）は、試料構成元素（あるいは分子）の同定や濃度測定を行う分析技術であり、有望なイメージング技術として有機材料や医薬品等への応用が期待されているが、有機分子を高感度かつ高面分解能でSIMS分析することは技術的に難しく、大きな課題となっている。本研究は、二次イオン化率と集束性の両方に優れ、チャージアップも抑制可能な新規クラスター負イオンビーム源を開発するものである。本研究で開発された負イオンビーム技術は、新方式の負イオンFIB技術として他分野への展開も期待される。
Outline of Annual Research Achievements	液体金属イオン源は、集束性に優れており、集束イオンビーム装置に搭載され、ナノテクノロジー等を支える重要な技術となっている。液体金属イオン源は、テーラー・コーンの先端から金属の正イオンを電界放出させて正イオンビームを生成する。しかし、金属の負イオンを電界放出することはできないため、負イオンビームは生成できない。一方、液体金属の代わりにイオン液体を用いるイオン液体イオン源は、正及び負極性のクラスターイオンビームを生成可能できる。二次イオン質量分析は、試料表面にイオンビームを照射し、それによって真空中に放出されたイオンを質量分析することにより、試料構成元素の同定や濃度測定を行う表面分析技術である。SIMS用一次イオンビームとしては、一般的に正イオンビームが使用されるが、正イオンビームを絶縁性試料に照射すると、正電荷の蓄積による帯電という問題が生じる。帯電の影響でイオンビームが曲げられたり、二次イオン量の低下などの問題が生じる。対策としては、電子ビーム照射による帯電中和が行われることが多いが、有機系試料の場合には、電子ビーム照射に起因する材料劣化が問題になる場合がある。一方、負イオンビーム照射を用いると、二次電子放出によって生じる正電荷の蓄積と負イオン入射による負電荷がバランスし、帯電電圧を大幅に低減できる。本年度は、昨年度製作した電気ヒーターと温調器を備えた針型エミッターを用いて、イオンビーム電流の温度特性を調べた。具体的には、イオン液体（EMI-Im）を用いてイオンビーム特性に対する温度効果を調べた。その結果、温度上昇によってイオンビーム電流が増大することが確かめられた。また、120℃まで温度を上昇させても、特に問題は起きず、単調にビーム電流が増大することが確認できた。温度上昇により、イオン液体の粘性が低下し、また導電率が上昇することがビーム電流増加の理由と考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 温度制御機構を備えたエミッターを用いてイオン液体の温度を制御し、温度上昇によりイオンビーム電流値の増大を可能としたことは大きな成果と考える。
Strategy for Future Research Activity	イオン液体ビーム中には質量電荷比の異なるイオン種が混在するため、質量選別機構を構築し、イオン種を選別可能としてチャージアップ電圧を調べる。