クラスターイオンビームと固体との非線形相互作用の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09305004
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山田 公 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00026048)
• 研究分担者: 松尾 二郎 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40263123) ; 高岡 義寛 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90135525)
• キーワード: クラスターイオン / 2次イオン / 非線形 / アルゴンクラスター / イオン注入 / 分子動力学

研究概要

常温ガスの原子、分子を数百の粒子の集団(クラスター)にし、イオン化・加速したガスクラスターイオンビームの固体との非線形相互作用を解明し、新しい材料プロセスとして展開させるために必要なデータを集積し、その基盤の確立を行った。
バイナリーコリジョンによるモデルで説明されている従来の単原子イオンと固体との相互作用に対し、クラスターイオンの場合には全く異なる相互作用であることを分子動力学法により明らかにした。特に、低いエネルギーが求められているイオン注入や二次イオン質量分析法において非線形照射効果が起きるために必要な条件を、シミュレーションを駆使して調べた。この結果、二次イオン質量分析法には、クラスターサイズが百以上で数keVの運動エネルギーを持つクラスターイオンを用いることが有効であることを見いだした。
この理論的な予想を実験的に示すために、平均サイズ1000のアルゴンクラスターイオンを使い、Sbのドープされたシリコン基板の二次イオン質量スペクトルを測定した。クラスターの持つ非線形照射効果により数keVと極めて低い運動エネルギーにおいても、二次イオンスペクトルを観測することができた。このときのアルゴン原子1個当たりの運動エネルギーは数eVと極めて低いものになっており、モノマーの場合には二次イオンの放出は起こらない。これはイオンの持つ運動エネルギーが10nm程度の局所領域に付与されるため、表面から飛び出す原子がイオン化されたと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] I.Yamada: "Low Energy Cluster Ion Beam Modification of Surfaces"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. Vol.148. 1-18 (1999)
• [文献書誌] J.Matuo,I.Yamada: "Cluster Size Dependence of the Impact Process on a Carbon Substrate"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. Vol.153. 264-269 (1999)
• [文献書誌] J.Matsuo,I.Yamada: "Decaborane (B_<10>H_<14>) Ion Implantation Technology for Sub-0.1μm PMOSFET's"IEEE Transactions on Electron Devices. Vol.46,No.4. 683-689 (1999)
• [文献書誌] I.Yamada: "Low Energy Cluster Ion Beam Modification of Surfaces"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. Vol.148. 1-11 (1999)
• [文献書誌] J.Matuo,I.Yamada: "Ionised Cluster Beam as a Hardness Measurement Tool"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. Vol.148. 47-52 (1999)
• [文献書誌] J.Matsuo,I.Yamada: "Surface Treatment of Diamond Films with O2 Cluster Ion Beams"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. Vol.148. 639-644 (1999)