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クラスターイオンビームプロセスの基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 03044082
研究種目

国際学術研究

配分区分補助金
応募区分共同研究
研究機関京都大学

研究代表者

山田 公  京都大学, 工学部, 教授 (00026048)

研究分担者 J. Nothby  ロードアイランド大学, 工学部, 教授
Y. Kuk  AT&Tベル研究所, 金属誘電体薄膜研究部, 研究員
M. Sosnowski  ニュージャージー工科大学, 電気工学科, 教授
W.L. Brown  AT&Tベル研究所, 金属誘電体薄膜研究部, 部長
高岡 義寛  京都大学, 工学部, 助教授 (90135525)
WALTER L. Brown  This Film Metal and Dielectric Research Department, AT & T Bell Laboratories, De
USUI Hiroaki  Faculty of Engineering, Tokyo University of Agr. and Tech., Associate Professor
YOUNG Kuk  Department of Physics, Seoul National University, Professor
JAN Northby  Department of Physics, Univ. of Rhode Island, Professor
NORTHBY J.  ロードアイランド大学, 物理学科, 教授
KUK Y.  AT&Tベル研究所, 薄膜研究部, 所員
SOSNOWSKI M.  ニュージャージー工科大学, 電気工学科, 教授
BROWN W.L.  AT&Tベル研究所, 薄膜研究部, 部長
臼井 博明  東京農工大学, 工学部, 助教授 (60176667)
研究期間 (年度) 1991 – 1992
研究課題ステータス 完了 (1992年度)
配分額 *注記
9,500千円 (直接経費: 9,500千円)
1992年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
1991年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
キーワード国際交流 / 共同研究 / クラスターイオンビーム / カズソースクラスター / 膜形成 / イオン注入 / 清浄表面 / 超平坦表面 / クラスタ- / クラスタ-イオンビ-ム / エキシマレ-ザ- / 薄膜形成 / 配列制御 / エピタキシャル成長 / 走査トンネル顕微鏡
研究概要

京都大学工学部附属イオン工学実験施設においてクラスターイオンヒーム(ICB)技術を開発した。本技術をさらに究めるため,数年前より国際的規模で研究をおこなっている。現在はベル研究所,イリノイ大学,フロリダ大学,カリフォルニ大学など22以上の研究所や大学で,基礎から応用に至るまで幅広い研究を行っている。今回さらに研究を効果的におこなうため本国際学術研究チームを結成し,平成3年度,および4年度の2年間にわたって研究をおこなった。本研究ではベル研究所,ニュージャージ工科大学,ロートアイランド大学を拠点研究機関として緊密な国際交流を行い,我国が開発したクラスターイオンビーム技術の基礎研究をおこなった。本研究で得られた成果を以下にまとめる。
(平成3年度の成果)
(1)発生したクラスターイオンビームの特性を解析するためベル研究所のブラウン博士,ニュージャージ工科大学のソスノウスキー教授等を中心に共同研究をおこなった。クラスターイオンビームを光イオン化飛行時間測定装置を用いて詳細に分析し,本結果から少量のクラスターでも薄膜形成の核形成プロセスに大きな影響を与えることを明らかにした。また走査トンネル顕微鏡(STM)観察を通して格子定数の差の大きい組み合わせでおこる超整合エビタキシャル効果についても新しい知見を得た。
(2)クラスタービームの基礎現象を明確にするためにロードアイランド大学のノースビー教授を中心に共同研究を行った。本研究では,クラスターイオンビームの発生,固体の照射現象を明らかにするためにカスクラスタービームを形成しておこなった。この結果クラスターイオンビームの発生メカニズムが明らかになり,極低エネルギーイオンビームの発生を確かめた。また固体衝突時のモーメンタム変換が極めて効果的におこり,ラテラルスパッター効果等の新現象を実験的に確認し,応用上極めて重要であることを明らかにした。これは,原子レベルの超平坦表面形成,無損傷表面クリーニンクなどに役立ち,工学応用に極めて有効であることも分った。
(平成4年度の成果)
(1)単原子状やクラスター状のイオンビームを用いた薄膜形成プロセスを原子レベルで精度よく観測して究明するために,超高真空型STM装置を整備しておこなった。具体的には,金やアルミニュームなどの金属イオンビームを原子的清浄表面をもつシリコンなどの基板上に照射して,薄膜形成初期過程を観察し,クラスターイオンビームの作用が単原子ビームの場合と異なることを明らかにした。
(2)クラスタービームの照射効果における基礎現象を明らかにするために,クラスタービームの薄膜堆積効果とイオン照射効果を分離しておこなうためにガスソースクラスタービーム装置を製作しておこなった。この結果,低エネルギー効果,多体衝突効果など諸データーを実験的に求めた。また分子動力学法による計算機実験によって衝突のメガニズムを明らかにし,実験とよい対比を得た。
(3)研究成果(2)をさらに発展させ質量分離したガスクラスターイオンビームを用い工学的に重要な,無損傷表面クリーニング,高スパッター(単原子イオンの100倍),極薄イオン注入技術などの基礎データーを得,新たにガスクラスターイオンビームプロセス技術を提案した。
本研究では,ICBの基礎実験を,米国における拠点大学・研究所と密接に交流し,共同研究をおこなった。この結果クラスターイオンビームと固体表面との相互作用の基礎データーから応用に至るクラスターイオンビームプロセスの基礎が明らかになった。さらに次世代技術として有効なガスクラスターイオンビームプロセスを提案した。

報告書

(2件)
  • 1992 研究成果報告書概要
  • 1991 実績報告書
  • 研究成果

    (51件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (51件)

  • [文献書誌] I. YAMADA: "Irradiation Effects of Gas-Cluster Co_2 Ion Beams on Si" To be published in Nuclear Instruments and Methods. (1993)

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  • [文献書誌] J.A. NORTHBY: "A Method and Applicatications for Surface Modification by Gas-Cluster Ion Impact" To be published in Nuclear Instruments Methods. (1993)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Surface Modification and Other Advanced Ion Beam Processing Projects in Japan" Surface and Coatings Technoloqy. 51. 514-521 (1992)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Novel Paths Nucleation and Growth of Thin Films by Ionized Cluster Beam (ICB)" Materals Research Society Symposium Proceedings. 235. 597-607 (1992)

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  • [文献書誌] S. WADA: "Epitaxial Al(110)Films Grown on Heavily-Doped Si(100)by Cluster Beam Deposition" Materials Resarch Society Symposium Proceedings. 235. 621-626 (1992)

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  • [文献書誌] G.H. TAKAOKA: "Surface Modification of Bio-Active Ceramic (Artificial Bone)by Ion Implantation" Materials Research Society Symposium Proceedings. 252. 23-28 (1992)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Advanced Ion Beam Material Processing Projects in Japan" Materials Research Symposium Proceedings. 268. 261-272 (1992)

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  • [文献書誌] G.H. TAKAOKA: "Surface and Interface Properties of Copper Phthalocyanine Multilayer Structure Prepared by Method" Proceedings of the First Meeting on the Engineering Society of Japan. 251-254 (1992)

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  • [文献書誌] Y. YAMASHITA: "Irradiation Effects of a Mass Andlyzed Gas Cluster Ion Beam Silicon Substrates" Proceedings of the First Meeting on the Ion Engieering Society of Japan. 247-250 (1992)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Ionized Cluster Beam Deposition and Epitaxy of Metal Films on Large Lattice Misfit Substrate" Physica Scripta. T35. 245-250 (1991)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Recent Progress in Depositing Epitaxial Metal Films by Ionezed Cluster Beam" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B55. 544-549 (1991)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Advanced Ion Beam Processing Projects in Japan" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B59/60. 1467-1475 (1991)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Investigatin of Ionized Cluster Beam Bombardment and Its Characteristics for Paterials Modification" Radiation Effects and Defects in Solids. 124. 69-80 (1992)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Preparation pf Atomically Flat Gold Films by Ionized Cluster Beam" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B55. 876-879 (1991)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "X-ray Characteristics of Atomecally Flat Gold Films Deposited by ICB" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B59/60. 216-218 (1991)

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  • [文献書誌] I. YAJIMA: "Film Formation of Tetraphenylporphine by Use of the ICB Method" Nuclear Instruments and Methods Physics Research. B59/60. 219-224 (1991)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Large-Misfit Heteroepitaxy of Aluminum Films by ICB Deposition" Nuclear Instruments Methods in Physics Research. B59/60. 302-307 (1991)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Thin Film Deposition and Growth Processes by Ionized Cluster Beams" Materials Research Society Symposium Proceedings. 206. 383-390 (1991)

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  • [文献書誌] M. ADACHI: "Optical Characteristics of High-Power Excimer Laser Mirrors of Single-Crystal Aluminum Film with High Refectance and Durability" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B59/60. 940-942 (1991)

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  • [文献書誌] R.L. McEACHERN: "An Investigaion of Cluster Formation in an Ionized Cluster Beam Deposition Source" Journal of Vacuum Science and Technology. A9. 3105-3112 (1991)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Physics and Chemistry:From Clusters to Crystals" Kluwer Academic Publishers, (1992)

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  • [文献書誌] I. YAMADA: "Low Temperature Epitaxial Growth of Semiconductors" World Scientific, 343 (1991)

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  • [文献書誌] I. Yamada: "Irradiation Effects of Gas-Cluster CO_2 Ion Beams on Si" Nuclear Instruments and Methods. (1993)

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  • [文献書誌] J. A. Northby: "A Method and Applications for Surface Modification by Gas-Cluster Ion Impact" Nuclear Instruments and Methods. (1993)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Surface Modification and Other Advanced Ion Beam Processing Projects in Japan" Surface and Coatings Technology. 51. 514-521 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Novel Paths for Nucleation and Growth of This Films by Ionized Cluster Beam (ICB) Techniques : Atomic-Scale Observation" Materials Research Society Symposium Proceedings. 235. 597-607 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Wada: "Epitaxial A1(110) Films Grown on Heavily-Doped Si(100) by Cluster Beam Deposition" Materials Research Society Symposium Proceedings. 235. 621-626 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Advanced Ion Beam Material Processing Projects in Japan" Materials Research Society Symposium Proceedings. 268. 261-272 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.H. Takaoka: "Surface and Interface Properties of Copper Phthalocyanine Multilayer Structure Prepared by ICB Method" Proceedings of the First Meeting on the Ion Engineering Society of Japan. 251-254 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Yamashita: "Irradiation Effects of a Mass Analyzed Gas Cluster Ion Beam on Silicon Substrates" Proceedings of the First Meeting on the Ion Engineering Society of Japan. 247-250 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Ionized Cluster Beam Deposition and Epitaxy of Metal Films on Large Lattice Misfit Substrate" Physica Scripta. T35. 245-250 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Recent Progress in Depositing Epitaxial Metal Films by an Ionized Cluster Beam" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B55. 544-549 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Advanced Ion Beam Processing Projects in Japan" Nuclear Instruments and Methods in physics Research. B59/60. 1467-1475 (1991)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Investigation of Ionized Cluster Beam Bombardment and Its Characteristics for Materials Modification" Radiation Effects and Defects in Solids. 124. 69-80 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Preparation of Atomically Flat Gold Films by Ionized Cluster Beam" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B55. 876-879 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "X-ray Characteristics of Atomically Flat Gold Films Deposited by ICB" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B59/60. 216-218 (1991)

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    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Film Formation of Tetraphenylporphine by Use of the ICB Method" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B59/60. 219-224 (1991)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Large-Misfit Heteroepitaxy of Aluminum Films ICB Deposition" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B59/60. 302-307 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: "Thin Film Deposition and Growth' Processes by Ionized Cluster Beams" Materials Research Society Symposium Proceedings. 206. 383-390 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Adachi: "Optical Characteristics of High-Power Excimer Laser Mirrors of Single-Crystal Aluminum Film with High Reflectance and Durability" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B59/60. 940-942 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R. L. McEachern: "An Investigation of Cluster Formation in an Ionized Cluster Beam Deposition Source" Journal of Vacuum Science and Technology. A9. 3105-3112 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: Kluwer Academic Publishers. Physics and Chemistry : From Clusters to Crystals, (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I. Yamada: World Scientific. Low Temperature Epitaxial Growth of Semiconductors, 1-343 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Isao Yamada: "Ionized Cluster Beam Deposition and Eptiaxy of Metal Films on Large Misfit Substrates" Physica Scripta. T35. 245-250 (1991)

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      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Isao Yamada: "Recent Progress in Depositing Epitaxial Metal Films by an Ionized Cluster Beam" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 55. 544-549 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Isao Yamada: "New Horizons in Materials Processing with ICB" Proceedings of the 14th Symposium on Ion Sources and Ion-Assisted Technology. 227-235 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Isao Yamada,Gikan Takaoka,Hiroaki Usui and Seok K.Koh: "Thin Film Deposition and Growth Processes by Ionized Cluster Beams" Materials Research Society Symposium Proceedings. 206. 383-390 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Rand McEachern,Walter Brown,Martin Jarrold,Marek Sosnowski,Gikan Takaoka,Hiroaki Usui,Isao Yamada: "An Investigation of Cluster Formation in an Ionized Cluster Beam Deposition Source" Journal of Vacuum Science and Technology. A9. 3105-3112 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Isao Yamada,Gikan Takaoka,Michael Current,Marek Sosnowski and Walter Brown: "Atomic Scale Observations of the Effects of Ion Bombardment on the Growth of Eptiaxial Thin Metal Films on Substrates with Large Lattice Misfits" Materials Research Society Symposium Proceedings. (1992)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Isao Yamada(分担執筆): "Low Temperature Epitaxial Growth of Semiconductor(Ed.by Takashi Hariu)" World Scientific, 1-343 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] 山田 公: "イオンビ-ムによる薄膜設計" 共立出版, 1-114 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書

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公開日: 1991-04-01   更新日: 2016-04-21  

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