| 研究課題/領域番号 |
20K04219
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分18020:加工学および生産工学関連
|
|---|
| 研究機関 | 新居浜工業高等専門学校 (2021-2022)
富山高等専門学校 (2020) |
|---|
研究代表者 |
浅地 豊久 新居浜工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70574565)
|
|---|
| 研究分担者 |
中村 翼 大島商船高等専門学校, 電子機械工学科, 准教授 (10390501)
太田 孝雄 奈良工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (80353267)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
|
|---|
| キーワード | ECRイオン源 / イオンビーム / マグネシウム / 電子サイクロトロン共鳴 / マイクロ波 / ウィーンフィルタ / マイクロビーム |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
近年需要が急増しているパワー半導体の多品種少量生産に用いるアルミニウム多価イオンのマイクロビーム装置を開発する．多価イオンを利用することでイオン注入装置の革新的な小型化，低価格化が実現でき，多品種少量半導体の生産効率が飛躍的に向上する．多価イオン源には大幅に小型化した電子サイクロトロン共鳴イオン源を新たに開発する．イオンビーム分離器は，直交電磁場を用いるウィーンフィルタと静電偏向を組み合わせることによって高分解能を実現する．さらにキャピラリーの集束効果を用いて多価イオンの高密度マイクロビーム化を図る．これらにより，日本の自動車産業の競争力強化に貢献する．
|
| 研究実績の概要 |
2022年度の計画としては、１．アルミニウム多価イオン生成、２．マイクロビーム生成、３．ガラスキャピラリーの最適化を行う予定であった。しかしながら、機械棟の改修工事のため新居浜高専での実験はほぼ進捗なしであった。そのため、１．大島商船高専での実験結果、２．シミュレーションによる装置の改善検討および３．イオン源改造について報告する。
１．大島商船高専では昨年開発した管状炉を用いた蒸発源を使用して、マグネシウムイオンビームの生成実験を行った。計画ではアルミニウムであるが、本蒸発源では1000℃を超える蒸発は厳しいことが分かったため、マグネシウムで最適化を進めた。バイアスディスクに約50Vの電圧を印加することによって、2価イオンが3倍となり、1.4μAまで増加した。また、プラズマ生成ガスをArおよびHeで検討した結果、Heの方が2倍以上の多価イオン生成が可能となり、4価のマグネシウムイオンを約1.6μA確認することができた。800℃程度までであれば本蒸発源が有効であることが分かった。
２．新居浜高専のイオン源について、イオンビーム引き出し電極間隔を変えたときのビーム軌道計算の再検討を行った。引出電圧3kVの場合は間隔14mmが最大ビーム電流となり、確認実験ではそれに近い17mmで最大値となった。また、ウィーンフィルタの磁場のシミュレーションを行い、磁石の形状を凹型にすることで均一性が向上することが分かった。
３．マイクロ波アンテナを軸方向から入れるとアンテナ温度が上昇し、長時間の実験ができなかった。アンテナを径方向から入れることで昇温を抑えることができ、連続運転が可能となった。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
2022年度は改修工事のため新居浜高専での実験を進めることができなかった。2年目（2021年）までに計画していたイオン源の高周波化、蒸発源の開発は終了しており、ウィーンフィルタの分解能向上については遅れているが、2022年に磁場を均一化するシミュレーションおよび導入するビーム電流量を増やすための引出電極のシミュレーションを行った。今後改良・実験する予定である。開発した蒸発源については、アルミニウムの温度での稼働は難しいことがわかり、ガスで導入する方法に切り替える予定である。マイクロビームを生成するためのガラスキャピラリーについては試作が終わっている。
全体的には改修工事のため１年間遅れているが、延長した2023年度で終了できると考えている。
|
| 今後の研究の推進方策 |
新居浜高専のイオン源を復帰させ、ウィーンフィルタの電磁場改造による分解能向上実験を行う。その後、予定通りガラスキャピラリーを用いたマイクロビーム生成に進む。ワイヤープローブを直線導入で動かしビームサイズの測定を行う。
アルミニウムイオンビームの生成については、大島商船高専で先行実験を行う予定である。現状の蒸発源ではアルミニウムの供給は難しいことが分かった。それに代わってガス供給による方法を検討する。
|
