| 研究概要 |
有機薄膜・積層材料や生体試料のナノメートルスケールの深さ方向分析技術の需要が高まってきている。これに対して,従来行われてきたような希ガスイオンスパッタリングを適用すると,アトミックミキシングによる試料の損傷が激しく,分子結合状態の分析ができなくなってしまう。そのため,クラスターイオンを用いたソフトスパッタエッチングが提案されている。本研究ではC_60分子をイオン化することで,炭素原子60個の安定なクラスターイオンが得られることに着目し,市販の表面分析装置に取り付け可能な小型のクラスターイオン銃を開発することを目的とした。
17年度はまずイオン銃の核となるイオン源部分の最適化に取り組んだ。グラファイト製るつぼにC60粉末試料を入れ,これをPID制御を施した熱フィラメントにより加熱し,昇華したC60蒸気を電子衝撃によりイオン化した。このとき,残留ガスによるイオンとC60イオンを分離検出するために電子衝撃用電圧をチョッピングし,飛行時間のさによってC60イオンのみを検出できるようにした。この実験により得られた飛行時間スペクトルの解析から最適な昇華温度と電子衝撃電圧を決定した。
18年度は,昨年度行った,イオン化条件に関する基礎的な実験結果をもとにして,対向する2つのC_<60>蒸発源を配置した独自のイオン化室を設計するとともにイオン光学系を含めてイオン銃全体の設計を行った。本イオン銃で重要となる中性粒子およびフラグメントイオンの除去のためのフィルターとして回転電場を用いた飛行時間型質量フィルタを考案し,シミュレーションによるパラメータ設定を試みた。このフィルターは,基本的に飛行時間を利用するので1)質量が重いほど分解能が上がる。また飛行時間型であるにもかかわらず,2)連続ビームとすることができる。3)イオン源,フィルタ,イオン光学系,試料を一直線上に配置でき,かつ4)中性粒子をカットできる。などの特長を有する。シミュレーションに基づき,回転電場型質量フィルタの設計を行い,その駆動に必要な高周波高圧電源回路を製作した。電源の出力特性を測定し,十分な性能を有することを確認している。
現在,クラスターイオン銃を作動させるための各種電源コントローラを製作中である。イオン化室のC_<60>蒸発源のヒータ電源および温度コントロール回路は完成しており,特性評価実験を行っているところである。イオン化室用の電源,レンズ系電源等が完成したら,試作したイオン銃の特性評価を行う予定である。
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