負イオンビーム材料プロセス技術

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08044140
• 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) ; ALTON G.D. オークリッジ国立研究所, 物理部, 主任研究員 ; FREEMAN J.H. 英国原子力研究所, ハウエル研究所, 主任研究員
• キーワード: 負イオンビーム / 材料プロセス技術 / 負イオンビーム蒸着 / 準安定物質 / 負イオン注入 / 無帯電イオン注入 / 無飛散粉体微粒子負イオン注入 / 生体適合性制御

研究概要

1.大電流負イオンの生成と輸送:空間電荷中和を用いた負イオン引き出しと輸送法として、負イオン源内に負イオン化材料のガスを導入する方法を考案した。その結果、RFプラズマスパッタ型負重イオン源にSF_6ガスや窒素ガスを導入して、フッ素負イオンやCN負イオンの大電流負イオンビームを生成する事に成功した。なお、負イオンの生成機構は表面作用による二次負イオン生成であることが判明した。
2.負イオンビームの高効率減速と蒸着装置:基板直前で高速の負イオンビームを減速する方法を採用し、超高真空中での負イオンビーム蒸着装置を開発した。その結果、効率よく負イオンにビームが利用できた。また、炭素負イオンやCN負イオンによる負イオンビーム蒸着を行い、準安定性物質の原子間結合状態である炭素同士や炭素と窒素の一重結合形成に及ぼす負イオンビームの運動エネルギーに75eV程度が最適であることが判明した。負イオンビーム蒸着法が準安定性物質創製の材料プロセスとして利用できることを示した。
3.注入における負イオン材料プロセス:絶縁物の表面改質法として負イオン注入が極めて有効性を示した。(1)粉体微粒子への負イオン注入装置を開発し、無帯電で無飛散、且つ均一に微粒子表面にイオン注入ができ(2)ポリスチレン表面への銀負イオン注入は、表面の親疎水性が変化させられると共に、細胞の接着特性が制御できることを細胞培養実験から明らかにし、負イオン注入による生体適合性制御の可能性を示した。
結論として、負イオンビーム蒸着による準安定性物質の創製や負イオン注入による微粒子粉体の表面改質、医用・生物材料の生体適合性制御のための表面改質など、負イオンビーム材料プロセス技術を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Particle-Scattering Phenomenon of Powders Caused by Charging Voltage of the Surface during Ion Implantation" Ion Implantatin Technology-96. IEEE96TH8182. 249-252 (1997)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Negative-Ion Production of Reactive Elements from Compound Gases in the RF Plasma-Sputter-Type Heavy Ngative-Ion Source" Ion Implantatin Technology-96. IEEE96TH8182. 334-337 (1997)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Slightly Negative Surface Potential and Charging Model of Insulator in the Nagative-Ion Implantation" Nuclear Instruments and Methods. B 127/128. 278-281 (1997)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Study on Emission Yields of Negative- and Positive-Ion Induced Secodnday Electron from Thin SiO_2 Film" Nuclear Instruments and Methods. B 127/128. 282-285 (1997)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Charging-Free Negative-Ion Implantation" Application of Accelerators in Research and Industry. AIP Conf.Sr.915-918 (1997)
• [文献書誌] Gerald D. Alton: "The Sputter Generation of Negative Ion Beams" Ryushisen Gijutsu News. Vol.6. 5-19 (1997)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Ion Sources for Industrial Applications(invited)" Review of Scientific Instruments. Vol.69. (1998)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Extraction of Molecular Negative-Ion Beams of CN from RF Plamsa-Sputter-Type Heavy Negative-Ion Source" Review of Scientific Instruments. Vol.69. 884-886 (1998)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Surface Modification by Silver-Negative-Ion Implantation for Cell-Adhesion Properties of Polystyrene" Surface and Coatings Technology. (未定). (1998)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Non-Scattering Technique of Ion Implantation into Powders of Micro-Beads by Using Negative Ions" Surface and Coatings Technology. (未定). (1998)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Contact Angle Lowering of Polystyrene Surface by Silver-Negative-Ion Implantation for Improving Bio-compatibility and Introduced Atomic Bonding Evaluation" Nuclear Instruments and Methods. (未定). (1998)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Secondary Electron Emission and Surface Potential of SiO_2-Film by Negative-Ion Bombardment" Nuclear Instruments and Methods. (未定). (1998)