物性制御を目指した負イオンビーム技術の確立

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05402027
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 石川 順三 京都大学, 工学研究科, 教授 (80026278)
• 研究分担者: 後藤 康仁 京都大学, 工学研究科, 助手 (00225666) ; 辻 博司 京都大学, 工学研究科, 助手 (20127103)
• キーワード: 負イオンビーム蒸着 / 負イオン注入 / イオンビーム減速 / チャージアップ / 帯電緩和 / 粒子飛散 / 低エネルギー / 物性制御

研究概要

負イオンと正イオンの違いが顕著に現れる極低エネルギー領域での負イオンビーム蒸着や中エネルギーでの絶縁物への負イオン注入の負イオンビーム物性制御技術の確立を目指して研究を行い、以下の成果を得た。
1.大電流極低エネルギー負イオンビーム蒸着系の開発と極低エネルギー負イオンビームのエネルギー幅測定
現有する荷電粒子軌道計算機コードを用いて、大電流負イオンビームの減速電極系を設計と製作を行った。また、スパッタ型負イオン源の負イオンビームのエネルギー分析を行い、極低エネルギーにおけるビームのエネルギー幅を測定・評価した。その結果、本減速蒸着系での負イオンビームは、炭素負イオンビームで13.5eVから銅負イオンビームの9eVと極めて小さく、30eV程度の減速でもエネルギー制御性が有ることが判明した。
2.極低エネルギー負イオンと固体との相互作用の研究
炭素負イオンビームを50eV〜400eVの極低エネルギーで蒸着してカーボン薄膜を作製し評価した。カーボン膜の硬度は195Hvと下地基板(115Hv)より硬度が上昇した。また、X線回析測定から膜質は非晶質でありこと、XPS分析によるClsスペクトルから成膜したカーボン膜の炭素原子の結合状態はダイヤモンドのsp3構造と極めて近いこと、そして、膜の炭素原子密度はダイヤモンドとグラファイトの中間にあることなどから、作製した極低エネルギー炭素負イオンビーム蒸着膜は非晶質ダイヤモンドライクカーボン薄膜であることが判った。
3.粉末への負イオン注入による無飛散イオン注入法の開発
ミクロンからサブミリ径の粉末にイオン注入した場合、正イオン注入では粒子が帯電して粉末粒子が飛散する。この現象に関して、粒径と帯電電圧との関係を理論的に解明し、粒子飛散しない限界帯電電圧を求めた。さらに、負イオン注入実験を行い、負イオン注入で飛散現象が全く生じないことを証明した。

研究成果

• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Negtive-Ion Beam Deposition Method" New Horizons for Materials. Ad. Tec. 4. 399-410 (1995)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Negative-Ion Implantation Technique" Nclear Instruments and Methods in Physics Research B. Vol. B96. 7-12 (1995)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "High Current RF-Plasma-Sputter-Type Heavy Negative-lon Source for Negative-lon Implantar" Ion Implantation Technology-94. IIT94. 495-498 (1995)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Charging Voltage Mesurement of an Isolated Electrode and Insulators during Negative-lon Implantation" Ion Implantation Technology-94. IIT94. 612-615 (1995)
• [文献書誌] Yasuhito Gotoh.: "The Charging Mechanism of Insulated Electrode in Negative-Ion Implantation" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. Vol. B96. 43-47 (1995)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Energy Distribution and Yield Measurement of Secondary Electron to Evaluate the Equilibrium Charging Voltage of an Isolated Electrode during Negative-Ion Implantation" Japanese Journal of Applied Physics. Vol. 34. 6487-6491 (1995)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Fundamental Study on Powder-Scattering in Positive-and Negative-Ion Implantation into Powder Materials" (to be published in Applied Surface Science). 4 (1996)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Charging Phenomenon of Insulators in Negative-Ion Implantation" (to be published in Applied Surface Science). 4 (1996)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Negative-Ion Extraction of Gaseous Materials from RF Plasma-Sputter-Type Heavy Negative-Ion Source" (to be published in Review of Scientific Instruments). 3 (1996)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Study on the Energy Distribution of Heavy Negative Ion Beams Extracted from The Sputter-Type Negative-Ion Source" Presented at 7th International Symposium on Production and Neutralization of Negtaive Ions and Beams, New York, USA, October 22-24, 1995.8 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "REプラズマスパッタ型負重イオン源における気体材料の負イオン生成" 真空. 第38巻 第3号. 218-220 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "イオン誘起二次電子分析による負イオン注入時のレジスト膜の帯電測定" 真空. 第38巻 第3号. 221-223 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "負イオン注入における基板帯電モデルとその評価" 真空. 第38巻 第3号. 224-227 (1995)
• [文献書誌] 石川順三: "負イオンビーム材料プロセス技術の現状" アイオニクス. 第21巻 第4号. 5-16 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "スパッタ法を用いた重負イオンの生成" アイオニクス. 第21巻 第4号. 29-38 (1995)
• [文献書誌] 石川順三: "負イオン注入装置" アイオニクス. 第21巻 第4号. 39-46 (1995)
• [文献書誌] 石川順三: "負イオン注入技術" アイオニクス. 第21巻 第4号. 63-76 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "REプラズマスパッタ型負重イオン源におけるガス物質の負イオン引き出し" 第4回負イオン源及び負イオンビームとその応用研究会論文集,NIFS-Proceeding Series. NIFS-PROC 24. 43-47 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "負イオンビームによる粉末材料へのスキャッタレス・イオン注入" 電気化学協会第62回学術大会シンポジウム「粒子線を用いた次世代材料プロセス技術」論文集. 55-64 (1995)
• [文献書誌] 石川順三: "最近の粒子線技術の動向と負イオンビーム技術の展開" 第6回粒子線の先端的応用技術関するシンポジウム論文集. BEAMS1995. 1-10 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "負イオン注入における放出二次電子の測定" 第6回粒子線の先端的応用技術関するシンポジウム論文集. BEAMS. 175-178 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "REプラズマスパッタ型負重イオン源からの酸素及びフッ素負イオン引き出し特性" 第6回粒子線の先端的応用技術関するシンポジウム論文集. BEAMS1995. 191-194 (1995)